CN112130652A - 一种服务器机柜供电系统及服务器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种服务器机柜供电系统及服务器。所述系统包括：第一电压转换单元，输入端与外部电源连接，并将所述外部电源的电压转换成第一预设电压后输出，以及为服务器提供第一输出接口；第二电压转换单元，输入端通过高压母线与所述第一电压转换单元的输出端连接，并将所述第一预设电压转换成第二预设电压，以及为服务器提供第二输出接口；电源管理模块，通过I2C总线采集所述第一电压转换单元和第二电压转换单元的信息，并与服务器通信；风扇模组，通过所述外部电源供电，并为所述第一电压转换单元和第二电压转换单元散热。本发明的方案通过单独做成一个集成的供电系统可让系统配电部分更加灵活，既减少空间浪费，又提高供电功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及服务器供电领域，尤其涉及一种服务器机柜供电系统及服务器。
背景技术
随着服务器市场AI类服务器和高密度的存储类服务器发展方向对供电要求越来越高，服务器电源逐渐转向高功率密度发展，电源效率要求也越来越高。另外，由于服务器的功率密度增加对电源尺寸空间及结构要求也越来越高，现有的单服务器节点搭配冗余的模块化电源的考验越来越大，因而将供电思路转移到集中供电成趋势；然而，集中供电方式在服务器机柜式供电中有应用但是技术更新相对较慢，现有的机柜式供电功能较少及集成化程度较低逐渐无法满足不断变化的供电需求，各种定制化的服务器机柜供电成为各家服务器厂家考虑的重点。
图1A示出了现有服务器机柜供电系统结构，即将多个供电模块(Power SupplyUnit，简称PSU)并联并进行均流处理，再经过单个电源控制模块进行电源供电管理及数据收集；图1B示出了PSU内部模块化结构；虽然现有的服务器机柜能够满足服务器的供电需求，但仍存在以下问题：一方面，现有的服务器供电系统只是将电源模块并联再统一管理，但是每个电源模块还是包含完整的电源设计系统，在每个电源模块系统都预留设计余量的情况下多模块并联会造成很大的设计资源浪费，且整个供电系统功能较为简单；另一方面，现有的服务器机柜每个PSU都作为一个整体，某一PSU的部分功能故障或损坏时，剩余正常部分也无法使用，造成检修成本较高。
发明内容
有鉴于此，有必要针对以上技术问题，提供一种避免设计余量浪费、且功能完整的服务器机柜供电系统及服务器。
根据本发明的一方面，提供了一种服务器机柜供电系统，所述系统包括：
第一电压转换单元，所述第一电压转换单元的输入端与外部电源连接，并配置用于将所述外部电源的电压转换成第一预设电压后输出，以及为服务器提供第一输出接口；
第二电压转换单元，所述第二电压转换单元的输入端通过高压母线与所述第一电压转换单元的输出端连接，并配置用于将所述第一预设电压转换成第二预设电压，以及为服务器提供第二输出接口；
电源管理模块，所述电源管理模块配置用于通过I2C总线采集所述第一电压转换单元和第二电压转换单元的信息，并与服务器通信；
风扇模组，所述风扇模组通过所述外部电源供电，并配置用于为所述第一电压转换单元和所述第二电压转换单元散热。
在其中一个实施例中，所述第一转换单元包括多个并联的电压转换模块，每个供电模块的功率均大于等于3000W；
每一电压模块的输入端均与外部电源连接，输入端均与高压母线连接，输出端还与设在服务器机柜上的第一连接器连接。
在其中一个实施例中，每一电压转换模块均包括EMI电路模块和PFC功率校正模块；
所述EMI电路模块用于处理外部电源的电磁干扰；
所述PFC功率校正模块用于将处理电磁干扰后的外部电源的电压转换成第一预设电压。
在其中一个实施例中，所述第二转换单元包括多个并联的DC-DC转换器；
每一DC-DC转换器的输入端均与高压母线连接，输出端均与设置在服务机柜上的第二连接器连接。
在其中一个实施例中，所述风扇模组包括第一风扇组、第二风扇组和散热管理模块，且所述第一风扇组和所述第二风扇组均与散热管理模块连接；
所述第一风扇组设置在所述第一转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接；
所述第二风扇组设置在所述第二转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接。
在其中一个实施例中，所述系统还包括电池充电管理模块；
所述电池充电管理模块的输入端与高压母线连接，输出端与设置在服务机柜上的BBU充电接口连接器连接。
在其中一个实施例中，所述外部电源为220V交流电或336V高压直流电或380V三相交流电。
在其中一个实施例中，所述第一输出为400V直流。
在其中一个实施例中，所述第二输出为12V直流或48直流或54V直流
根据本发明的另一方面，提供了一种服务器，所述服务器采用以上所述的服务器机柜供电系统供电。
上述一种服务器机柜供电系统及服务器至少具有以下有益技术效果：
(1)将服务器供电模块拆分为外部电源到第一预设电压、第一预设电压到第二预设电压两段功率转化，能提升各个功率转化模块的功率密度，第一电压转换单元和第二电压转换单元通过系统内部高压供电母线进行供电传输和区域划分。
(2)供电系统整体内部及对外通讯均采用I2C通讯方式，支持信息查询、故障状态上报、在线升级功能，系统支持冗余设计及热插拔功能。
(3)供电系统扩展了多输出接口，例如第一输出、第二输出以及电池充电接口。
(4)供电系统采用集中散热调控，有效的降低了散热成本；此外，散热风扇组采用相对于服务器机柜转动连接的方式，方便检修和拆装，两组分别设置在两个电压转换单元测，散热效果较佳。
(5)单独做成一个集成的供电系统可让系统配电部分更加灵活，既减少空间浪费，又提高供电功率密度。
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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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实施例。
图1A为现有服务器机柜供电系统结构示意图；
图1B为图1A中的PSU内部模块化结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种服务器机柜供电系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
在一个实施例中，请参照图2所示，本发明提供了一种服务器机柜供电系统，具体的该系统包括：
第一电压转换单元，请参照图2中右侧虚线框区域所示，所述第一电压转换单元的输入端与外部电源连接，并配置用于将所述外部电源的电压转换成第一预设电压后输出，以及为服务器提供第一输出接口；
其中，外部输入电源可以是220V交流电(如市电)、380V三相交流电(如工业用电)，或者336V高压直流电(如通信行业标准电源)；第一预设电压可参考设置为400V，由此第一电压转换单元为服务器提供400V直流接口。
第二电压转换单元，请参照图2中左侧虚线框区域所示)，所述第二电压转换单元的输入端通过高压母线与所述第一电压转换单元的输出端连接，并配置用于将所述第一预设电压转换成第二预设电压，以及为服务器提供第二输出接口；
其中，第一预设电压可以是现有服务器的工作电压，例如12V、48V和54V。
电源管理模块，所述电源管理模块配置用于通过I2C总线采集所述第一电压转换单元和第二电压转换单元的信息，并与服务器通信；
风扇模组，所述风扇模组通过所述外部电源供电，并配置用于为所述第一电压转换单元和所述第二电压转换单元散热。
上述一种服务器机柜供电系统，将服务器供电模块拆分为外部电源到第一预设电压、第一预设电压到第二预设电压两段功率转化，能提升各个功率转化模块的功率密度，第一电压转换单元和第二电压转换单元通过系统内部高压供电母线进行供电传输和区域划分，扩展了多输出接口，如第一输出、第二输出，并且采用集中散热调控，有效的降低了散热成本，将服务器供电单独做成一个集成的供电系统可让系统配电部分更加灵活也能降低空间浪费提高供电功率密度。
在又一个实施例中，请再次参照图2所示，下面以服务器机柜外接市电为例，且服务器的正常工作电压为12V，服务器机柜可设置成2U厚度，各个单元、模块采用刀片服务器形态，本发明的一种服务器机柜供电系统具体包括：
从服务器其的后窗接入市电，靠近服务器后窗一侧设置两个并联的220V转400V直流的电压转换模块，在具体实施过程中考虑到输出和通用性可将每个电压输出模块的功率做到三千瓦或则高于三千瓦；每个电压转换模块均EMI电路模块和PFC功率校正模块，所述EMI电路模块用于处理市电的电磁干扰，所述PFC功率校正模块用于将处理电磁干扰后的220V交流电压转换成400V直流后输出到高压母线(HVDC bus)；两个电压转换模块除为下一级电压转换提供输入外，每个电压转换模块的输出端还与设在服务器机柜上的第一连接器连接(例如400VDC输出连接器)，由此该系统还能够为服务器直接提供400V直流接口，该接口用于外部供电转化使用。可以理解的是电压转换模块的功率和数量在具体实施时根据服务器的用电需求可进行数量增减，本实施例中220V转400V直流的电压转换模块数量及功率仅用于举例说明。
优选的，靠近机柜前窗的一侧设置三个并联的能够将400V直流转为12V直流的DC-DC转换器，每个DC-DC转换器均从高压母线取电，每个DC-DC转换器均能够将取自高压母线的电转换成12V直流后输出，输出端均与设置在机柜上的第二连接器连接(例如12Vdc输出连接器)。较佳的，DC-DC转换器部分包含各模块间的均流模块、I2C通讯模块、故障告警模块，这些模块统一接到电源管理模块。电源管理模块为该系统的220V交流转400V直流的电压转换模块、及400V直流转12V直流的DC-DC转换器的统一管理模块，该模块自身从市电输入供电取电确保在无其他模块插入的情况下能够单独运行并与服务器机柜通讯；电源管理模块通过I2C通讯收集各个模块的运行和在位情况，收集各个模块故障信息和其他产品信息，可控制各个模块开机运行。需要说明的是，DC-DC转换器的数量仅用于举例说明，在具体实施过程中用户可参考服务器的用电需求调整数量。
优选地，高压母线还有一路传输至电池充电管理模块，电池充电管理模块主要实现的是从400V高压直流母线取电为系统单独配置的BBU充电，在无BBU情况或者400Vdc转12Vdc模块故障时也可作为备用供电为系统供电；较佳的，电池充电管理模块也可扩充I2C通讯功能实现与系统实时通讯。
优选地，所述风扇模组包括第一风扇组、第二风扇组和散热管理模块，且所述第一风扇组(例如若干风扇排成阵列)和所述第二风扇组均与散热管理模块连接；所述第一风扇组设置在所述第一转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接；所述第二风扇组设置在所述第二转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接。在具体实施过程中，第一风扇组设置在服务器机柜后窗处，第二风扇组设置在服务器前窗处，第一散热风扇和第二散热风扇以扇门的方式固定与机柜的前、后窗，扇门打开后可插接各种电压转换模块、DC-DC转换器和管理模块，并且模块各个模块支持热插拔。
散热管理模块通过I2C通讯与系统、电源管理模块通讯，控制对象为前端散热风扇组及后端散热风扇组，通过电源管理模块反馈系统各个模块温度状态调控第一、二风扇组的转速实现闭环调控；散热管理模块可通过系统下载控制程序调整调控策略；另外散热管理模块从市电取电后转化为风扇供电部分及控制供电；散热管理模块支持对单风扇的转速调控，通过调整各个风扇转速调整散热气流方向。
较佳的，在实施过程中服务器机柜供电系统各单元、模块均采用插接方式，系统整体使用I2C通讯支持各个模块的在线升级、热插拔、黑盒信息记录、实时通讯功能。
根据本发明的另一方面，提供了一种服务器，该服务器采用以上所述的一种服务器机柜供电系统供电。
以上是本发明公开的示例性实施例，但是应当注意，在不背离权利要求限定的本发明实施例公开的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种服务器机柜供电系统，其特征在于，所述系统包括：
第一电压转换单元，所述第一电压转换单元的输入端与外部电源连接，并配置用于将所述外部电源的电压转换成第一预设电压后输出，以及为服务器提供第一输出接口；
第二电压转换单元，所述第二电压转换单元的输入端通过高压母线与所述第一电压转换单元的输出端连接，并配置用于将所述第一预设电压转换成第二预设电压，以及为服务器提供第二输出接口；
电源管理模块，所述电源管理模块配置用于通过I2C总线采集所述第一电压转换单元和第二电压转换单元的信息，并与服务器通信；
风扇模组，所述风扇模组通过所述外部电源供电，并配置用于为所述第一电压转换单元和所述第二电压转换单元散热。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一转换单元包括多个并联的电压转换模块，每个供电模块的功率均大于等于3000W；
每一电压模块的输入端均与外部电源连接，输入端均与高压母线连接，输出端还与设在服务器机柜上的第一连接器连接。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，每一电压转换模块均包括EMI电路模块和PFC功率校正模块；
所述EMI电路模块用于处理外部电源的电磁干扰；
所述PFC功率校正模块用于将处理电磁干扰后的外部电源的电压转换成第一预设电压。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二转换单元包括多个并联的DC-DC转换器；
每一DC-DC转换器的输入端均与高压母线连接，输出端均与设置在服务机柜上的第二连接器连接。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风扇模组包括第一风扇组、第二风扇组和散热管理模块，且所述第一风扇组和所述第二风扇组均与散热管理模块连接；
所述第一风扇组设置在所述第一转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接；
所述第二风扇组设置在所述第二转换单元一侧，并与服务器机柜转动连接。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电池充电管理模块；
所述电池充电管理模块的输入端与高压母线连接，输出端与设置在服务机柜上的BBU充电接口连接器连接。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外部电源为220V交流电或336V高压直流电或380V三相交流电。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一输出为400V直流。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二输出为12V直流或48直流或54V直流。
10.一种服务器，其特征在于，所述服务器采用权利要求1-9任一项所述的服务器机柜供电系统供电。
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