CN114123359B - 一种机架式电源系统 - Google Patents
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Abstract
本申请的目的是提供一种机架式电源系统，该系统包括第一机架配电插排、第二机架配电插排、双向可控硅、单向可控硅，其中，所述双向可控硅设置于电源系统的输入回路上，用于控制输入电源为交流时的正半波和负半波的通过；所述第一机架配电插排与所述第二机架配电插排与电源系统内部的直流母线连接，在所述直流母线上输入侧设置所述单向可控硅，所述单向可控硅用于控制直流电回路的导通和截止。从而同时能兼容高压直流的应用，满足双路高可靠供电要求。
Description
技术领域
本申请涉及电路领域，尤其涉及一种机架式电源系统。
背景技术
目前互联网企业使用的服务器支持一路市电和一路高压直流供电设计，输入电源都支持交流/直流供电。而目前使用的一路市电和一路高压直流配电系统设计上，存在以下缺点：
当市电直供的回路出现市电离线时，仅有高压直流一侧供电，对于需要双路可靠供电的设备和应用场景来说，此方案并不合适。例如，在租赁IDC里面，租赁客户和IDC公司签订的服务水平协议SLA规定的双路供电每月可用性达到99.999％。一路市电一路高压直流的方案，考虑市电每年计划检修的时间或者设备故障修复时间，难以满足双路高可靠供电要求。
一路市电一路高压直流供电，对比双路UPS系统或双路高压直流系统，高压直流侧仍然有损耗。
发明内容
本申请的一个目的是提供一种机架式电源系统，解决现有技术中难以满足双路高可靠供电要求以及降低高压直流侧损耗和提高效率的问题。
根据本申请的一个方面，提供了一种机架式电源系统，该系统包括：
第一机架配电插排、第二机架配电插排、双向可控硅、单向可控硅；
其中，所述双向可控硅设置于电源系统的交流输入回路上，用于控制输入电源为交流时的正半波和负半波的通过，并输出到机架配电插排；
所述第一机架配电插排与所述第二机架配电插排与电源系统的直流母线连接，在所述直流母线上的输入侧设置所述单向可控硅，所述单向可控硅用于控制直流电回路的导通和截止。进一步地，所述机架式电源系统包括电源服务器，所述第一机架配电插排输出和第二机架配电插排输出，连接到电源服务器，所述电源服务器为双电源输入，支持240V直流或交流单相输入。
进一步地，所述机架式电源系统包括电池组，所述电池组挂在所述直流母线上，用于为所述直流母线提供稳定电压。
进一步地，所述电池组包括直流端子和多个电池组，所述直流端子用于支持多个电池组手拉手连接的并联电池组方式。
进一步地，所述机架式电源系统包括一个或多个整流器，所述整流器用于给所述一个或多个电池组提供直流充电电压。
进一步地，所述第一机架配电插排为第一单相交流配电插排，所述第二机架配电插排为第二单相交流配电插排或直流配电插排。
进一步地，当所述第二机架配电插排为第二单相交流配电插排时，所述机架式电源系统包括第二双向可控硅和第二单向可控硅，所述双向可控硅设置于所述机架式电源系统的第二机架配电插排输入上，在所述直流母线上的第二机架配电插排输入侧设置所述第二单向可控硅。
进一步地，所述第一机架配电插排包括上孔位，所述电源服务器通过线缆插头连接到所述上孔位进行通电。
进一步地，所述双向可控硅和所述单向可控硅切换时采用先断后通的方式。
与现有技术相比，本申请提供了一种机架式电源系统，该系统包括第一机架配电插排、第二机架配电插排、双向可控硅、单向可控硅，其中，所述双向可控硅设置于电源系统的输入回路上，用于控制输入电源为交流时的正半波和负半波的通过；所述第一机架配电插排与所述第二机架配电插排与电源系统的直流母线连接，在所述直流母线上输入侧设置所述单向可控硅，所述单向可控硅用于控制直流电回路的导通和截止。进一步地，所述机架式电源系统包括电源服务器，所述第一机架配电插排输出和第二机架配电插排输出，连接到电源服务器，所述电源服务器为双电源输入，支持240V直流或交流单相输入。从而同时能兼容高压直流的应用，满足双路高可靠供电要求，供电效率高达99％以上。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出本申请一实施例中机架式电源系统的应用场景示意图；
图2示出本申请一实施例中市电供电到电池放电的切换过程示意图；
图3示出本申请一实施例中电池放电到市电供电的切换过程示意图；
图4示出本申请一实施例中机架式电源系统的又一应用场景示意图。
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步详细描述。
根据本申请的一个方面提供了一种机架式电源系统的结构示意图，该系统包括：第一机架配电插排、第二机架配电插排、双向可控硅、单向可控硅，其中，所述双向可控硅设置于电源系统的输入回路上，用于控制输入电源为交流时的正半波和负半波的通过；所述第一机架配电插排与所述第二机架配电插排与电源系统的直流母线连接，在所述直流母线上输入侧设置所述单向可控硅，所述单向可控硅用于控制直流电回路的导通和截止。进一步地，该电源系统包括电源服务器，所述第一机架配电插排输出和第二机架配电插排输出，连接到电源服务器，所述电源服务器为双电源输入，支持240V直流或交流输入。在此，第一机架配电插排和第二机架配电插排均为PDU(Power Distribution Unit)插排，PDU具备电源分配和管理功能的电源分配管理器。使用双向可控硅用于在导通的时候，允许交流电的正半波和负半波都能通过，使用两个单向可控硅用于直流电回路的导通和截止控制；使用第一机架PDU配电插排和第二机架PDU配电插排使得电池支持双路放电。本申请所述的系统可以使用完全市电直供的方式，免除高压直流和传统UPS的设计，同时也能兼容高压直流的应用，供电效率高达99％以上。
具体地，所述第一机架配电插排为第一单相交流配电插排，所述第二机架配电插排为第二单相交流配电插排或直流配电插排。如图1所示的应用场景示意图，所述第一机架配电插排11为第一单相交流PDU配电插排，所述第二机架配电插排12为第二单相交流PDU配电插排，第一机架配电插排11上的双向可控硅13以及直流母线上输入侧设置的单向可控硅14，电源服务器15。当第二机架配电插排12为第二单相交流配电插排时，所述机架式电源系统包括第二双向可控硅和第二单向可控硅，所述双向可控硅设置于所述机架式电源系统的第二机架配电插排输入上，在所述直流母线上的第二机架配电插排输入侧设置所述第二单向可控硅。在此，机架电源系统的第一单相交流机架PDU配电插排(机架PDU-A)输入设置双向可控硅13，在直流母线10上挂有两个单向可控硅，第二单相交流机架PDU配电插排(机架PDU-B)12与第一单相交流机架PDU配电插排11对称，机架电源系统的第二机架配电插排输入设置双向可控硅131，在直流母线10上挂有两个单向可控硅141，两个单相交流机架PDU配电插排均输出给双电源交直流兼容的电源服务器，电源服务器包括整流器电源，兼容交流输入或者240V直流输入，能够转换为12V DC电压给相关部件供电。从而可以使用市电直供，整体供电效率达99％以上，提升了效率以及节约能源，同时兼容双路直流，支持单相交流或直流输入。当输入为单相交流时，可以是市电直供，在市电的单相回路上装有双向可控硅，直流母线上有两个单向可控硅，电源服务器为双电源设计，电源输入支持240V高压直流或交流电，电源服务器配有连接线缆，从机架PDU配电插排的孔位取电。
在本申请一实施例中，所述系统包括电池组，所述电池组挂在所述直流母线上，用于为所述直流母线提供稳定电压。在此，继续参考图1，系统包括电池组16，电池组16通过线缆和直流母线10相连，用于扩容电池，延长放电时间，从而为直流母线提供稳定电压；电池组的组数可为一组或多组，用于扩展电池后备时间。
继续参考图1，所述电池组16包括直流端子和多个电池组，所述直流端子用于支持多个电池组手拉手连接的并联电池组方式。在此，电池组的直流端子支持多个电池组手拉手连接的并联电池组方式，通过电池组直挂直流母线，从而不需要做交流相关的可控硅隔断设计，通过直挂方式，在机架电源系统输入为直流时候，输出负载供电电压波形不会出现交流切换电池放电有10ms中断的情况。电池组可采用48V的机架式锂电池，用于电池容量扩容，延长电池后备时间，内部有直流/直流(DC/DC)调整充放电电压。
继续参考图1，所述机架式电源系统包括一个或多个整流器17，所述整流器17用于给所述一个或多个电池组16提供直流充电电压。在此，一个或多个整流器给电池组提供直流充电电压，机架式电池配合可控硅切换开关、整流器构成不间断电源系统，可以使市电直供取消交流UPS和高压直流，整体提高供电效率。
在本申请一实施例中，所述第一单相交流机架配电插排包括上孔位，所述电源服务器通过线缆插头连接到所述上孔位进行通电。在此，第一单相交流机架PDU配电插排和第二单相交流机架PDU配电插排上都设有上孔位，服务器通过线缆插头连接到机架PDU上孔位进行通电。
在本申请一实施例中，所述双向可控硅和所述单向可控硅切换时采用先断后通的方式。在此，如表1所示的市电在线时的工作模式：
| 市电 | 双向可控硅状态 | 单向可控硅状态 | 电池组 |
| 在线(正常) | 导通(通电) | 截止(不通电) | 充电 |
表1
市电在线，双向可控硅状态为导通，单向可控硅状态为截止，此时电池组充电，从市电切换到电池组放电，双向可控硅先截止，单向可控硅再导通，中断时间约为10ms，不会对负载造成断电影响；如图2所示的市电供电到电池放电的切换过程示意图。
如表2所示的市电在离线时的工作模式：
| 市电 | 双向可控硅状态 | 单向可控硅状态 | 电池组 |
| 离线(异常) | 截止(不通电) | 导通(通电) | 放电 |
表2
市电离线，双向可控硅状态为不通电，单向可控硅状态为通电，电池组放电，此时从电池放电切换到市电供电，单向可控硅先截止，双向可控硅再导通，中断时间约为10ms，不会对负载造成断电影响；如图3所示的电池放电到市电供电的切换过程。
图4示出本申请一实施例中机架式电源系统的又一应用场景示意图，第二机架配电插排为直流机架PDU配电插排，使用240V高压直流供电，电池组直挂直流输出母线，母线能够提供充电电压，不需要整流器提供充电电压，也不需要相关可控硅做导通和关断设计，沿用高压直流输出端直挂电池的方式。
在本申请所述的系统中，可以将单向可控硅、双向可控硅、整流器、直流母线和控制器等电路集成到主模块中，或者对于高压直流输入情况输入端直接和直流输入相连，电池组通过线缆和主模块的直流母线相连，用于延长放电时间，其中，电池组的直流端子支持多个模块手拉手连接的并联电池组方式，电池组可用机架式锂电池，将系统按照上述集成方式安装，机架剩余空间可安装电源服务器，通过该方式的机架设计，可以部署和扩容更加灵活。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (7)
1.一种机架式电源系统，其特征在于，所述系统包括：
第一机架配电插排、第二机架配电插排、双向可控硅、单向可控硅和电池组，其中，所述双向可控硅设置于电源系统的输入回路上，用于控制输入电源为交流时的正半波和负半波的通过；
所述第一机架配电插排与所述第二机架配电插排与电源系统内部的直流母线连接，在所述直流母线上输入侧设置所述单向可控硅，所述单向可控硅用于控制直流电回路的导通和截止；
所述电池组挂在所述直流母线上，用于为所述直流母线提供稳定电压；
所述电池组包括直流端子和多个电池组，所述直流端子用于支持多个电池组的并联电池组方式。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机架式电源系统包括电源服务器，所述第一机架配电插排输出和第二机架配电插排输出，连接到电源服务器，所述电源服务器为双电源输入，支持240V直流或交流输入。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机架式电源系统包括一个或多个整流器，所述整流器用于给所述一个或多个电池组提供直流充电电压。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一机架配电插排为第一单相交流配电插排，所述第二机架配电插排为第二单相交流机架配电插排或直流配电插排。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，当所述第二机架配电插排为第二单相交流配电插排时，所述机架式电源系统包括第二双向可控硅和第二单向可控硅，所述双向可控硅设置于所述机架式电源系统的第二单相交流配电插排输入上，在所述直流母线上的第二单相交流配电插排输入侧设置所述第二单向可控硅。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一单相交流机架配电插排包括上孔位，所述电源服务器通过线缆插头连接到所述上孔位进行通电。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述双向可控硅和所述单向可控硅切换时采用先断后通的方式。
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