CN113328515A

CN113328515A - 整机柜

Info

Publication number: CN113328515A
Application number: CN202110681523.7A
Authority: CN
Inventors: 董哲
Original assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Baidu Netcom Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2041-06-18
Also published as: CN113328515B

Abstract

本公开提供了一种整机柜，涉及数据中心技术领域，尤其涉及供电技术领域。该整机柜包括：至少两个电源供应单元；至少两个电源供应单元中的每个电源供应单元包括电源输入端；至少两个电源供应单元中的一部分电源供应单元的电源输入端用于与第一路电源连接；至少两个电源供应单元中的另一部分电源供应单元的电源输入端用于与第二路电源连接；至少两个电源供应单元的电源输入端之间设置有并联开关，并联开关用于将第一路电源和第二路电源并联输入至每个电源供应单元的电源输入端；每个电源供应单元的输出端并联，用于为整机柜中的服务器供电。该整机柜提高了供电稳定性。

Description

整机柜

技术领域

本公开涉及数据中心技术领域中的供电技术，尤其涉及一种整机柜。

背景技术

目前，整机柜中通常采用多个电源供应单元(Power Supply Unit，PSU)为服务器供电，同时，为了保证电力供应的可靠性，通常有双路电源共同为PSU供电，其中每路电源各自为一部分PSU供电。

当整机柜的一路电源发生停电时，PSU或服务器内部的电源模块会通过切换的方式通过另一路电源进行供电，然而，在切换过程中，发生停电的一路电源所供电的那部分PSU会存在一段供电中断的时间，导致整机柜中的服务器供电不稳定。

发明内容

本公开提供了一种提高了供电稳定性的整机柜。

根据本公开的一方面，提供了一种整机柜，包括：至少两个电源供应单元；

所述至少两个电源供应单元中的每个电源供应单元包括电源输入端；

所述至少两个电源供应单元中的一部分电源供应单元的电源输入端用于与第一路电源连接；

所述至少两个电源供应单元中的另一部分电源供应单元的电源输入端用于与第二路电源连接；

所述至少两个电源供应单元的电源输入端之间设置有并联开关，所述并联开关用于将所述第一路电源和所述第二路电源并联输入至所述每个电源供应单元的电源输入端；

所述每个电源供应单元的输出端并联，用于为所述整机柜中的服务器供电。

根据本公开的技术方案，提高了整机柜的供电稳定性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1是相关技术中的一种整机柜的电路配电示意图；

图2是根据本公开实施例提供的整机柜的结构示意图；

图3是根据本公开实施例提供的整机柜的电路配电示意图；

图4是根据本公开实施例提供的整机柜的电路结构示意图；

图5是根据本公开实施例提供的电池承担的负载曲线；

图6是根据本公开实施例提供的故障电源承担的负载曲线；

图7是根据本公开实施例提供的正常电源承担的负载曲线；

图8是根据本公开实施例提供的整机柜的构造示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1是相关技术中的一种整机柜的电路配电示意图。如图1中所示，第一路电源为PSU11和PSU12供电，第二路电源为PSU13和PSU14供电。假设在某一时刻第一路电源发生故障而无法供电，则PSU11和PSU12会通过切换的方式通过第二路电源进行供电。但是显然，从第一路电源发生故障，到PSU11和PSU12完成切换由第二路电源进行供电的这段时间内，PSU11和PSU12的供电是中断的，从而会导致整机柜中的服务器供电不稳定。

为了解决上述问题，本公开实施例中考虑，对于整机柜中的至少两个PSU，其中一部分PSU的电源输入端与第一路电源连接，另一部分PSU的电源输入端与第二路电源连接，在至少两个PSU的电源输入端之间设置并联开关，在并联开关闭合时可使得第一路电源和第二路电源并联输入至每个PSU的电源输入端，这样，若两路电源中的一路电源供电异常时，另一路电源仍保持为每个PSU供电，能够避免由于单路电源供电异常而导致部分PSU供电中断，从而能够保证整机柜中的服务器供电稳定。

本公开提供一种整机柜，应用于数据中心的供电技术领域，以达到保证服务器供电稳定的目的。

下面，将通过具体的实施例对本公开提供的整机柜进行详细地说明。可以理解的是，下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图2是根据本公开实施例提供的整机柜的结构示意图。如图2所示，该整机柜20包括：至少两个PSU；该至少两个PSU中的每个PSU包括电源输入端。并且，该至少两个PSU中的一部分PSU的电源输入端用于与第一路电源连接，该至少两个PSU中的另一部分PSU的电源输入端用于与第二路电源连接。该至少两个PSU的电源输入端之间设置有并联开关，并联开关用于将第一路电源和第二路电源并联输入至每个PSU的电源输入端；每个PSU的输出端并联，用于为整机柜中的服务器供电。

需要说明的是，图2中是以两个PSU，PSU21和PSU22为例进行示例说明。其中，PSU21与第一路电源连接，PSU22与第二路电源连接。在PSU数量更多时，其他PSU与电源的连接与图2中所示例的两个PSU类似。其中，电源输入端即电源进线。

如图2中所示意的PSU21和PSU22的电源输入端之间设置有并联开关K1和K2，当并联开关K1和K2闭合时，第一路电源和第二路电源共同为PSU21和PSU22供电，相对应的电路配电示意图如图3中所示。图3中示意性画出了第一路电源和第二路电源之间具有并联开关，当开关闭合时，可以看出，在第一路电源或第二路电源供电异常时，另一路正常的电源仍保持为PSU21和PSU22供电。

示例的，若第一路电源供电异常时，第二路电源仍保持为PSU21和PSU22供电，即PSU21和PSU22的供电不会产生任何中断，能够避免由于单路电源供电异常而导致供电中断，从而能够保证整机柜中的服务器供电稳定。

示例的，若第二路电源供电异常时，第一路电源仍保持为PSU21和PSU22供电，即PSU21和PSU22的供电不会产生任何中断，能够避免由于单路电源供电异常而导致供电中断，从而能够保证整机柜中的服务器供电稳定。

本公开实施例提供的整机柜，通过在双路电源之间增加并联开关，能够避免由于单路电源供电异常而导致PSU供电中断，从而能够保证整机柜中的服务器供电稳定。

前述实施例中的至少两个PSU中的每个PSU的电源输入端可以包括直流电源输入端，相应的，第一路电源包括第一路直流电源，第二路电源包括第二路直流电源。该至少两个PSU中的一部分PSU的直流电源输入端用于与第一路直流电源连接，该至少两个PSU中的另一部分PSU的直流电源输入端用于与第二路直流电源连接。该至少两个PSU的直流电源输入端之间设置有并联开关，并联开关用于将第一路直流电源和第二路直流电源并联输入至每个PSU的电源输入端。

或者，至少两个PSU中的每个PSU的电源输入端可以包括交流电源输入端，相应的，第一路电源包括第一路交流电源连接，第二路电源包括第二路交流电源。该至少两个PSU中的一部分PSU的交流电源输入端用于与第一路交流电源连接，该至少两个PSU中的另一部分PSU的交流电源输入端用于与第二路交流电源连接。该至少两个PSU的交流电源输入端之间设置有并联开关，并联开关用于将第一路交流电源和第二路交流电源并联输入至每个PSU的电源输入端。

此外，考虑到若PSU仅支持一种固定类型电源供给，例如仅支持交流电电源输入，或者仅支持直流电源输入，对于这种整机柜，当机房的供电环境发生变化或负载受电需求发生变化时，原有整机柜将不再适用。为此，本公开实施例中，对于整机柜中的至少两个PSU中的每个PSU，其电源输入端可以包括既包括直流电源输入端，也包括交流电源输入端。

对于整机柜中的每个PSU，可以通过直流电源输入端与直流电源连接，也可以通过交流电源输入端与交流电源连接，在实际应用中，可以根据机房的供电环境或者负载受电需求选择由直流电源或者交流电源进行供电，即本公开实施例的整机柜具有四路可选的电源进线接口，具备多种电源的输入能力，能够运行于各类电源环境下，具备较强的电源适配性。

在上述实施例的基础上，本公开实施例还考虑到，相关技术中整机柜因服务器电源的限制，仅支持400V以下的电压输入，结合服务器散热与空间布置等因素，相关技术中整机柜运行功率通常低于15kW，功率密度较低，在一定程度上造成了物理空间的浪费，随着服务器的更新换代(体积不变的情况下，单台服务器功率上升)，较低功率密度的机柜已经不再适用于现行的数据中心。

为此，本公开实施例中，为了适配整机柜供电的宽口径，提供了更宽范围的直流电源输入，例如，直流电源输入端的输入电压范围为240V-750V，即第一路直流电源和第二路直流电源的电压范围可以为240V-750V。第一路交流电源和第二路交流电源可以为220V市电交流电。

参照图4所示，每个PSU中包括直流-交流转换(DC/AC)模块和交流-直流转换(AC/DC)模块；其中，DC/AC模块的输入端为直流电源输入端，DC/AC模块用于将直流电源输入端的直流电转换为交流电；AC/DC模块用于将交流电转换为输出直流电；每个PSU的输出直流电并联，用于为服务器供电。由于直流电源较交流电源相比，能够较为容易的实现电源并联，图4中以两个PSU的直流电源输入端之间设置并联开关进行示例。

可选的，在PSU的电源输入端包括交流电源输入端时，DC/AC模块和AC/DC模块的连接端可以为交流电源输入端。

如图4中所示，PSU21的DC/AC模块的输入端为直流电源输入端，与第一路直流电源(A路直流电源)连接；PSU21的DC/AC模块和AC/DC模块的连接端为交流电源输入端，与第一路交流电源(C路交流电源)连接。在某一时间，可以选择由A路直流电源或C路交流电源为PSU21供电。

示例的，PSU21由A路直流电源供电，A路直流电源为750V直流电源，A路直流电源输入DC/AC模块后,由DC/AC模块将其转换为220V交流电，再经过AC/DC模块转换为110V以下的直流电。

示例的，PSU21由C路交流电源供电，C路交流电源为220V交流电源，C路交流电源输入AC/DC模块后，由AC/DC模块将其转换为110V以下的直流电。

PSU22的DC/AC模块的输入端为直流电源输入端，与第二路直流电源(B路直流电源)连接；PSU22的DC/AC模块和AC/DC模块的连接端为交流电源输入端，与第二路交流电源(D路交流电源)连接。在某一时间，可以选择由B路直流电源或D路交流电源为PSU22供电。

示例的，PSU22由B路直流电源供电，B路直流电源为750V直流电源，B路直流电源输入DC/AC模块后,由DC/AC模块将其转换为220V交流电，再经过AC/DC模块转换为110V以下的直流电。

示例的，PSU22由D路交流电源供电，D路交流电源为220V交流电源，D路交流电源输入AC/DC模块后，由AC/DC模块将其转换为110V以下的直流电。

PSU21和PSU22的AC/DC模块输出的110V以下的直流电并联为服务器进行供电。基于本公开实施例所提供的整机柜所支持的输入电压等级(240V-750V)与PSU中宽禁带器件(如GaN/SiC)的应用，可以将整机柜的额定功率提升至40kW以上，提高了整机柜的功率密度，保障单位面积下服务器业务的高效运行，节省了物理空间。

尽管整机柜为双路电源供电，但是在日常运行中，如果发生单路电源掉电，正常供电的一路电源将瞬间承担全部负荷，功率的突增突降会增加服务器电源模块故障的风险、整机柜电源模块故障风险以及为整机柜供电的电源设备故障风险，存在影响服务器业务的风险。为此，本公开实施例中，在整机柜中增加设置电池，当整机柜的电源输入发生突增突降时，由电池与前述的并联开关共同作用，减缓对末端负载(服务器)的冲击，降低服务器电源模块、整机柜电源模块以及为整机柜供电的电源设备的故障率。

仍然参照图4，可选的，每个PSU的输出端并联有电池，例如与PSU21并联的第一电池401，与PSU22并联的第二电池402。电池用于在第一路电源供电异常时，与第二路电源共同为服务器供电，例如，电池用于在第一路直流电源供电异常时，与第二路直流电源共同为服务器供电；或者，电池用于在第一路交流电源供电异常时，与第二路交流电源共同为服务器供电。其中，电池可以为锂电池等，与每个PSU的输出端并联的电池的数量可以根据需要设置，本公开实施例对此不限定。锂电池在安装时可以带有风扇，以进行散热。

在第一路直流电源发生供电异常后的第一预设时间内，电池用于与第二路直流电源共同为服务器供电，或者，在第一路交流电源发生供电异常后的第一预设时间内，电池用于与第二路交流电源共同为服务器供电；其中，在第一预设时间内，电池的供电功率比例逐渐降低，第二路直流电源或第二路交流电源的供电功率比例逐渐提高。可选的，在第一预设时间内，电池的供电功率比例由50％逐渐降低至0，第二路直流电源或第二路交流电源的供电功率比例由50％逐渐提高至100％。

在第一路直流电源恢复供电后的第二预设时间内，电池用于与第一路直流电源以及第二路直流电源共同为服务器供电；或者，在第一路交流电源恢复供电后的第二预设时间之内，电池用于与第一路交流电源以及第二路交流电源共同为服务器供电；其中，在第二预设时间内，电池的供电功率比例逐渐降低，第一路直流电源或第一路交流电源的供电功率比例逐渐提高。可选的，在第二预设时间之内，电池的供电功率比例由50％逐渐降低至0，第一路直流电源或第一路交流电源的供电功率比例由0逐渐提高至50％。

示例的，电池能够支持整机柜负载运行1min。整机柜由双路直流电源供电时，当双路直流电源中的A路直流电源发生掉电时，整机柜检测系统或PSU可以及时检测到A路直流电源发生断电问题，即A路直流电源为故障电源，此时B路直流电源为正常电源。参照图5至图7，如图中的t1时刻为A路直流电源发生掉电的时刻，可以看出，在t1时刻之前，A路直流电源和B路直流电源各承担50％的功率负载。而在t1时刻，则由第一电池401与B路直流电源共同承担负载供电，在t1时刻，第一电池401承担的功率负载为50％，B路直流电源承担的功率负载也为50％，随着时间推移，第一电池401供给逐步线性降低，B路电源供给逐步线性提高，在30s后(t2时刻)，停止第一电池401放电输出，第一电池401进入充电状态，此时完全由B路直流电源进行供电。通过第一电池401的缓冲作用，避免A路直流电源突然掉电对B路直流电源造成冲击。

当A路直流电源恢复供电时，仍然参照图5至图7，在t3时刻，A路直流电源恢复供电，第一电池401瞬间承担50％负载功率输出，与A路直流电源和B路直流电源并联运行30s，在这30s内，B路直流电源承担的功率负载保持在50％，而第一电池401承担的功率负载由50％逐渐降低，直至30s后(t4时刻)第一电池401停止输出，A路直流电源承担的功率负载由0逐步提高，直至t4时刻达到50％。在t4时刻之后，A路直流电源和B路直流电源各承担50％的功率负载。通过第一电池401的缓冲作用，使得A路直流电源恢复后缓慢接入供电，避免造成电源冲击。

与上述类似的，整机柜由双路交流电源供电时，当双路交流电源中的C路交流电源发生掉电时，整机柜检测系统或PSU可以及时检测到C路交流电源发生断电问题，即C路交流电源为故障电源，此时D路交流电源为正常电源。仍然参照图5至图7，如图中的t1时刻为C路交流电源发生掉电的时刻，可以看出，在t1时刻之前，C路交流电源和D路交流电源各承担50％的功率负载。而在t1时刻，则有第一电池401与D路交流电源共同承担负载供电，在t1时刻，第一电池401承担的功率负载为50％，D路交流电源承担的功率负载也为50％，随着时间推移，第一电池401供给逐步线性降低，D路电源供给逐步线性提高，在30s后(t2时刻)，停止第一电池401放电输出，第一电池401进入充电状态，此时完全由D路交流电源进行供电。通过第一电池401的缓冲作用，避免C路交流电源突然掉电对D路交流电源造成冲击。

当C路交流电源恢复供电时，仍然参照图5至图7，在t3时刻，C路交流电源恢复供电，第一电池401瞬间承担50％负载功率输出，与C路交流电源和D路交流电源并联运行30s，在这30s内，D路交流电源承担的功率负载保持在50％，而第一电池401承担的功率负载由50％逐渐降低，直至30s后(t4时刻)第一电池401停止输出，C路交流电源承担的功率负载由0逐步提高，直至t4时刻达到50％。在t4时刻之后，C路交流电源和D路交流电源各承担50％的功率负载。通过第一电池401的缓冲作用，使得C路交流电源恢复后缓慢接入供电，避免造成电源冲击。

通过在整机柜中配置电池，当机柜上层电源发生波动或闪断等供电异常时，电池可以快速稳定负载波动，在单路电源异常时，避免对保持正常的一路电源造成突然的冲击，而在电源恢复时，保证了恢复的电源软启动，降低电源冲击，使得单路电源的波动与中断不会对末端设备产生任何影响，极大程度降低整机柜电源模块、为整机柜供电的电源模块以及服务器电源模块的故障频率，保护服务器的安全运行。

此外，电池还用于为整机柜的通讯模块供电，以使通讯模块在整机柜发生双路掉电时发送告警信息。电池配置能够实现最终的通讯电源供给，当整机柜发生双路掉电时，整机柜的通讯模块仍能保持通讯，发出双路掉电告警，准确反馈整机柜电源供电状态，避免双路掉电时整机柜动环系统告警失效的风险。

如图8中所示为本公开实施例提供的整机柜的构造示意图。如图8中所示，整机柜具有4路电源进线，分布用于接入第一路直流电源(A路直流电源)、第一路交流电源(C路交流电源)、第二路直流电源(B路直流电源)和第二路交流电源(D路交流电源)。在整机柜上还设置由带风扇的电池箱81，其中的电池与PSU并联。

此外，整机柜具有通讯网口82，各PSU之间可以通过通讯网口82连接，从而各PSU能够检测到其他PSU的电源供电状态，从而在必要时控制电源与电池共同运行进行供电。或者，也可以由整机柜检测系统检测PSU的电源供电状态，从而在必要时控制电源与电池共同运行进行供电，保证了整机柜的供电稳定。即，本公开实施例中，对于电源的掉电检测以及后续的供电控制，可以由PSU中的控制单元实现，或者也可以由整机柜的检测系统或控制单元来实现，本公开实施例中对此不作限定。可以理解的是，PSU中的控制单元或者整机柜的检测系统或控制单元可以通过程序代码实现检测或供电的控制。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims

1.一种整机柜，包括：至少两个电源供应单元；

2.根据权利要求1所述的整机柜，其中，

所述电源输入端包括直流电源输入端，所述第一路电源包括第一路直流电源，所述第二路电源包括第二路直流电源；

和/或，

所述电源输入端包括交流电源输入端，所述第一路电源包括第一路交流电源连接，所述第二路电源包括第二路交流电源。

3.根据权利要求2所述的整机柜，其中，

所述电源输入端包括直流电源输入端，所述每个电源供应单元中包括直流-交流转换模块和交流-直流转换模块，所述直流-交流转换模块的输入端为所述直流电源输入端；

所述直流-交流转换模块用于将直流电源输入端的直流电转换为交流电；

所述交流-直流转换模块用于将交流电转换为输出直流电；

所述每个电源供应单元的输出直流电并联，用于为所述服务器供电。

4.根据权利要求3所述的整机柜，其中，

所述电源输入端包括交流电源输入端，所述直流-交流转换模块和所述交流-直流转换模块的连接端为所述交流电源输入端。

5.根据权利要求3或4所述的整机柜，其中，

所述直流电源输入端的输入电压范围为240V-750V。

6.根据权利要求1-5任一项所述的整机柜，其中，

所述每个电源供应单元的输出端并联有电池；

所述电池用于在所述第一路电源供电异常时，与所述第二路电源共同为所述服务器供电。

7.根据权利要求6所述的整机柜，其中，

在所述第一路电源发生供电异常后的第一预设时间内，所述电池用于与所述第二路电源共同为所述服务器供电；其中，在所述第一预设时间内，所述电池的供电功率比例逐渐降低，所述第二路电源的供电功率比例逐渐提高。

8.根据权利要求7所述的整机柜，其中，

在所述第一预设时间内，所述电池的供电功率比例由50％逐渐降低至0，所述第二路电源的供电功率比例由50％逐渐提高至100％。

9.根据权利要求7或8所述的整机柜，其中，

在所述第一路电源恢复供电后的第二预设时间内，所述电池用于与所述第一路电源以及所述第二路电源共同为所述服务器供电；其中，在所述第二预设时间内，所述电池的供电功率比例逐渐降低，所述第一路电源的供电功率比例逐渐提高。

10.根据权利要求9所述的整机柜，其中，

在所述第二预设时间之内，所述电池的供电功率比例由50％逐渐降低至0，所述第一路电源的供电功率比例由0逐渐提高至50％。

11.根据权利要求6所述的整机柜，其中，

所述电池还用于为所述整机柜的通讯模块供电，以使所述通讯模块在所述整机柜发生双路掉电时发送告警信息。