CN111864875B - 一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法 - Google Patents

一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法，系统包括充电模块、超级电容、稳压模块、开关模块、整机柜控制模块、整机柜RMC掉电故障处理模块以及PSU掉电故障侦测模块；充电模块连接有PSU，PSU连接有整机柜服务器，PSU与PSU掉电故障侦测模块连接；充电模块还与超级电容连接，超级电容还与稳压模块及整机柜控制模块连接，稳压模块还与开关模块连接，开关模块还与整机柜服务器连接，整机柜控制模块还与开关模块及整机柜RMC掉电故障处理模块连接，整机柜RMC掉电故障处理模块还与PSU掉电故障侦测模块连接。本发明通过超级电容供电备电提高了整机柜系统能源转换效率，提高电源可靠性。

Description

一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法
技术领域
本发明属于服务器供电技术领域，具体涉及一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法。
背景技术
PSU，Power Supply Unit，电源模块。
PWM，Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制控制器。
CPLD，Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件。
随着服务器技术的快速发展，对海量数据存储的要求越来越高。因此整机柜集中式设计的服务器系统得到了大量应用。对于整机柜集中式供电的服务器的供电方式，目前技术一是在整机柜供电输入端接入UPS不间断电源，二是改为直流供电，即接入电信的270Vdc高压直流电(该电压接铅酸蓄电池组)。当来自数据中心机房的供电中断时，UPS不间断电源逆变为AC交流继续给整机柜集中式供电的服务器供电或者切换到铅酸蓄电池组270Vdc高压直流电供电，以达到不间断供电目的。然而，UPS不间断电源和270Vdc高压直流电(该电压接铅酸蓄电池组)对于整个数据中心机房设计来说，机房建设时就需要一次性投入，因为考虑到机房扩容原因，导致能源转化效率低、体积大，运维困难、成本高、铅酸蓄电池组寿命相对短等问题；
总结以上，就当前整机柜集中式供电的服务器系统主要存在以下问题：
1)会导致整机柜服务器系统能源转化效率低问题。因为UPS不间断电源需要由直流(接铅酸蓄电池组)逆变为交流，逆变过程中，因机房的总负载小，导致整机柜服务器系统转化效率低，通常60％左右。
2)会导致机房系统的铅酸蓄电池系统可靠性降低、成本高、体积大，不便于运输部署等问题。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法，是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术的上述现有的整机柜集中供电方式在机房扩容时，导致能源转化效率低、体积大，运维困难、成本高、铅酸蓄电池组寿命相对短的缺陷，本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制系统，包括充电模块、超级电容、稳压模块、开关模块、整机柜控制模块、整机柜RMC掉电故障处理模块以及PSU掉电故障侦测模块；
充电模块连接有PSU，PSU连接有整机柜服务器，PSU与PSU掉电故障侦测模块连接；
充电模块还与超级电容连接，超级电容还与稳压模块及整机柜控制模块连接，稳压模块还与开关模块连接，开关模块还与整机柜服务器连接，整机柜控制模块还与开关模块及整机柜RMC掉电故障处理模块连接，整机柜RMC掉电故障处理模块还与PSU掉电故障侦测模块连接；
PSU掉电故障侦测模块，用于侦测是否有PSU断电，并在有PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
整机柜RMC掉电故障处理模块，用于接收到PSU掉电故障侦测模块报告的PSU断电信号时，通知整机柜控制模块；
整机柜控制模块，用于在PSU掉电时，向超级电容发送放电使能信号，控制超级电容放电，同时控制开关模块闭合，实现稳压模块向整机柜服务器供电；
充电模块，用于在PSU正常时，通过PSU向超级电容充电；
稳压模块，用于在PSU断电时，受整机柜控制模块控制，将超级电容释放电压经过稳压后提供给整机柜服务器；
开关模块，用于接收整机柜控制模块的信号，控制稳压模块向整机柜服务器供电。整机柜控制模块采用CPLD。
进一步地，整机柜控制模块，用于在PSU正常时，控制开关模块断开。PSU正常时，PSU给整机柜服务器供电，超级电容不放电，因此开关模块断开。
进一步地，还包括超级电容LED指示模块，超级电容LED指示模块与整机柜控制模块连接；
整机柜控制模块，还用于在PSU掉电后，控制超级电容放电及稳压模块打开后，侦测超级电容放电信号，并通过超级电容LED指示模块指示超级电容状态是否正常。超级电容LED指示模块，用于对外指示超级电容工作状态是否正常。
进一步地，整机柜控制模块，还用于侦测到超级电容故障后，通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块，还用于接收到超级电容故障通知后，与提前存储的故障类型数据比较，当判断超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，并验证超级电容固件升级后是否正常。超级电容故障自我修复提高备电可靠性。
进一步地，PSU掉电故障侦测模块设置于PSU内部；
整机柜RMC掉电故障处理模块设置于RMC内部；
稳压模块通过12V母线向整机柜服务器集中供电。利用PSU自身的掉电侦测和RMC自身的掉电故障处理，无需增加额外设计，降低成本。
第二方面，本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制方法，包括如下步骤：
S1.PSU掉电故障侦测模块侦测是否有PSU断电，并在PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
S2.整机柜RMC掉电故障处理模块接收到PSU掉电报告，通知整机柜控制模块；
S3.整机柜控制模块在PSU掉电后，向超级电容发送放电使能信号控制超级电容放电，并控制开关模块闭合，实现稳压模块箱整机柜服务器放电，同时，整机柜控制模块侦测超级电容是否放电正常。
进一步地，步骤S1中，当PSU正常时，PSU通过充电模块对超级电容进行充电。
进一步地，步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块控制超级电容LED指示模块指示故障。
进一步地，步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块判断超级电容故障是否为可修复故障；
若是，对超级电容进行固件升级，并验证超级电容固件升级后是否正常；
若否，进行异常报警。
进一步地，步骤S3中，当超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，验证超级电容故障升级后是否正常；
若是，返回步骤S1；
若否，记录异常RMC日志，进行异常报警。
本发明的有益效果在于，
本发明提供的整机柜服务器超级电容供电控制系统及方法，通过超级电容供电备电提高了整机柜系统能源转换效率，避免了使用铅酸蓄电池，提高了电源可靠性，降低电源成本，便于运输部署。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统连接示意图；
图2是本发明的方法流程示意图；
图中，1-充电模块；2-超级电容；3-稳压模块；4-开关模块；5-整机柜控制模块；6-整机柜RMC掉电故障处理模块；7-PSU掉电故障侦测模块；8-PSU；9-整机柜服务器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制系统，包括充电模块1、超级电容2、稳压模块3、开关模块4、整机柜控制模块5、整机柜RMC掉电故障处理模块6以及PSU掉电故障侦测模块7；
充电模块1连接有PSU 8，PSU 8连接有整机柜服务器9，PSU 8与PSU掉电故障侦测模块7连接；
充电模块1还与超级电容2连接，超级电容2还与稳压模块3及整机柜控制模块5连接，稳压模块3还与开关模块4连接，开关模块4还与整机柜服务器9连接，整机柜控制模块5还与开关模块4及整机柜RMC掉电故障处理模块6连接，整机柜RMC掉电故障处理模块6还与PSU掉电故障侦测模块7连接；
PSU掉电故障侦测模块7，用于侦测是否有PSU断电，并在有PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
整机柜RMC掉电故障处理模块6，用于接收到PSU掉电故障侦测模块报告的PSU断电信号时，通知整机柜控制模块；
整机柜控制模块5，用于在PSU掉电时，向超级电容发送放电使能信号，控制超级电容放电，同时控制开关模块闭合，实现稳压模块向整机柜服务器供电；
充电模块1，用于在PSU正常时，通过PSU向超级电容充电；
稳压模块3，用于在PSU断电时，受整机柜控制模块控制，将超级电容释放电压经过稳压后提供给整机柜服务器；
开关模块4，用于接收整机柜控制模块的信号，控制稳压模块向整机柜服务器供电。
在某些实施例中，整机柜控制模块5，还用于在PSU正常时，控制开关模块断开；
还包括超级电容LED指示模块，超级电容LED指示模块与整机柜控制模块5连接；
整机柜控制模块5，还用于在PSU掉电后，控制超级电容放电及稳压模块打开后，侦测超级电容放电信号，并通过超级电容LED指示模块指示超级电容状态是否正常。
整机柜控制模块5，还用于侦测到超级电容故障后，通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块6，还用于接收到超级电容故障通知后，与提前存储的故障类型数据比较，当判断超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，并验证超级电容固件升级后是否正常；
在某些实施例中，PSU掉电故障侦测模块7设置于PSU内部；
整机柜RMC掉电故障处理模块6设置于RMC内部；
稳压模块3通过12V母线向整机柜服务器集中供电。
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种整机柜服务器超级电容供电控制方法，包括如下步骤：
S1.PSU掉电故障侦测模块侦测是否有PSU断电，并在PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
S2.整机柜RMC掉电故障处理模块接收到PSU掉电报告，通知整机柜控制模块；
S3.整机柜控制模块在PSU掉电后，向超级电容发送放电使能信号控制超级电容放电，并控制开关模块闭合，实现稳压模块箱整机柜服务器放电，同时，整机柜控制模块侦测超级电容是否放电正常。
在某些实施例中，步骤S1中，当PSU正常时，PSU通过充电模块对超级电容进行充电；
步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块控制超级电容LED指示模块指示故障；
步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块判断超级电容故障是否为可修复故障；
若是，对超级电容进行固件升级，并验证超级电容固件升级后是否正常；
若否，进行异常报警。
验证超级电容固件升级后是否正常的步骤如下：
步骤S3中，当超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，验证超级电容故障升级后是否正常；
若是，返回步骤S1；
若否，记录异常RMC日志，进行异常报警。
当AC市电掉电时，PSU掉电故障侦测模块通过PSU通过内部的硬件以及FW实现，侦测到AC市电掉电，并在市电掉电的1ms以内，通过软件逻辑运算后，触发硬件发出掉电告警信号ac fail信号，该信号给到整机柜RMC掉电故障处理模块，整机柜RMC掉电故障处理模块收到该信号，通过硬件将该信号使能到整机柜控制模块。
整机柜控制模块一方面给出使能信号到开关模块，使得开关模块闭合；另一方面发出使能信号给超级电容开始放电，其电压经过稳压模块后，稳定到12Vdc，此时开关模块是闭合状态，超级电容经过稳定后的12Vdc，经过12Vdc母线集中式供电，提供给整机柜服务器。
以上12Vdc直流母线在系统中起到电能传输的作用，将超级电容放电过程中放出的电量提供给服务器供电。
超级电容LED指示模块，将LED指示灯与整机柜控制模块的输出端连接；通过整机柜控制模块侦测超级电容的信号状态，并将超级电容的信号状态输出至LED指示灯进行显示。整机柜控制模块在侦测超级电容的信号状态前，还包括将超级电容的使能信号端EN与整机柜控制模块的输出端连接；将超级电容的I2C信号端与整机柜控制模块的输入端连接。具体步骤：整机柜控制模块将超级电容和稳压模块打开，并向超级电容的使能信号端发出使能信号；整机柜控制模块向超级电容发出使能信号后，整机柜控制模块侦测超级电容放电信号；若整机柜控制模块未能接收到对应的放电信号，则LED指示灯对当前的监控超级电容进行相应的故障状态显示。
当侦测到超级电容故障后，整机柜RMC掉电故障处理模块会通过整机柜控制模块，读取到超级电容故障状态，与之比对存储在里面的各种故障类型数据，如果能修复的故障类型，整机柜RMC掉电故障处理模块自动对超级电容进行固件升级更新。升级后，整机柜RMC掉电故障处理模块在轮询读取超级电容设备信息。如果升级后还有异常RMC记录，将异常写入日志中，并进行异常报警。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种整机柜服务器超级电容供电控制系统，其特征在于，包括充电模块（1）、超级电容（2）、稳压模块（3）、开关模块（4）、整机柜控制模块（5）、整机柜RMC掉电故障处理模块（6）以及PSU掉电故障侦测模块（7）；
充电模块（1）连接有PSU（8），PSU（8）连接有整机柜服务器（9），PSU（8）与PSU掉电故障侦测模块（7）连接；
充电模块（1）还与超级电容（2）连接，超级电容（2）还与稳压模块（3）及整机柜控制模块（5）连接，稳压模块（3）还与开关模块（4）连接，开关模块（4）还与整机柜服务器（9）连接，整机柜控制模块（5）还与开关模块（4）及整机柜RMC掉电故障处理模块（6）连接，整机柜RMC掉电故障处理模块（6）还与PSU掉电故障侦测模块（7）连接；
PSU掉电故障侦测模块（7），用于侦测是否有PSU断电，并在有PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
整机柜RMC掉电故障处理模块（6），用于接收到PSU掉电故障侦测模块报告的PSU断电信号时，通知整机柜控制模块；
整机柜控制模块（5），用于在PSU掉电时，向超级电容发送放电使能信号，控制超级电容放电，同时控制开关模块闭合，实现稳压模块向整机柜服务器供电；
充电模块（1），用于在PSU正常时，通过PSU向超级电容充电；
稳压模块（3），用于在PSU断电时，受整机柜控制模块控制，将超级电容释放电压经过稳压后提供给整机柜服务器；
开关模块（4），用于接收整机柜控制模块的信号，控制稳压模块向整机柜服务器供电；
整机柜控制模块（5），还用于侦测到超级电容故障后，通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块（6），还用于接收到超级电容故障通知后，与提前存储的故障类型数据比较，当判断超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，并验证超级电容固件升级后是否正常；升级后，整机柜RMC掉电故障处理模块在轮询读取超级电容设备信息；如果升级后还有异常RMC记录，将异常写入日志中，并进行异常报警；
该整机柜服务器超级电容供电控制系统还包括超级电容LED指示模块，超级电容LED指示模块与整机柜控制模块（5）连接；
整机柜控制模块（5），还用于在PSU掉电后，控制超级电容放电及稳压模块打开后，侦测超级电容放电信号，并通过超级电容LED指示模块指示超级电容状态是否正常；
通过整机柜控制模块侦测超级电容的信号状态，并将超级电容的信号状态输出至LED指示灯进行显示；整机柜控制模块在侦测超级电容的信号状态前，还包括将超级电容的使能信号端EN与整机柜控制模块的输出端连接；将超级电容的I2C信号端与整机柜控制模块的输入端连接；具体步骤：整机柜控制模块将超级电容和稳压模块打开，并向超级电容的使能信号端发出使能信号；整机柜控制模块向超级电容发出使能信号后，整机柜控制模块侦测超级电容放电信号；若整机柜控制模块未能接收到对应的放电信号，则LED指示灯对当前的监控超级电容进行相应的故障状态显示。
2.如权利要求1所述的整机柜服务器超级电容供电控制系统，其特征在于，整机柜控制模块（5），用于在PSU正常时，控制开关模块断开。
3.如权利要求1所述的整机柜服务器超级电容供电控制系统，其特征在于，PSU掉电故障侦测模块（7）设置于PSU内部；
整机柜RMC掉电故障处理模块（6）设置于RMC内部；
稳压模块（3）通过12V母线向整机柜服务器集中供电。
4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的整机柜服务器超级电容供电控制系统的整机柜服务器超级电容供电控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.PSU掉电故障侦测模块侦测是否有PSU断电，并在PSU断电时，向整机柜RMC掉电故障处理模块报告；
S2.整机柜RMC掉电故障处理模块接收到PSU掉电报告，通知整机柜控制模块；
S3.整机柜控制模块在PSU掉电后，向超级电容发送放电使能信号控制超级电容放电，并控制开关模块闭合，实现稳压模块箱整机柜服务器放电，同时，整机柜控制模块侦测超级电容是否放电正常；
步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块通知整机柜RMC掉电故障处理模块；
整机柜RMC掉电故障处理模块判断超级电容故障是否为可修复故障；
当超级电容故障为可修复故障时，对超级电容进行固件升级，验证超级电容故障升级后是否正常；
若是，返回步骤S1；
若否，记录异常RMC日志，进行异常报警。
5.如权利要求4所述的整机柜服务器超级电容供电控制方法，其特征在于，步骤S1中，当PSU正常时，PSU通过充电模块对超级电容进行充电。
6.如权利要求4所述的整机柜服务器超级电容供电控制方法，其特征在于，步骤S3中，当超级电容放电异常时，整机柜控制模块控制超级电容LED指示模块指示故障。
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