CN201570275U

CN201570275U - 磁盘阵列供电系统

Info

Publication number: CN201570275U
Application number: CN2009201798668U
Authority: CN
Inventors: 侯宪星; 陈颖川
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2009-11-11
Filing date: 2009-11-11
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2019-11-11

Abstract

本实用新型公开了一种磁盘阵列供电系统，该系统包括：至少两个电源模块、多个电源并联供电和热插拔电路的多个用电设备，其中至少两个电源模块分成至少一组，多个用电设备分成与至少两个电源模块分成的组数相同数目的组；一组电源模块对应一组用电设备，每组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互联；多个电源并联供电和热插拔电路的数量与多个用电设备的数量相同。因此，本实用新型利用多路电源ORing技术实现了系统中每个用电设备如负载的多路电源供电，只要有一路电源正常系统即可正常工作，同时多路电源并联工作时，所有电源通过均流母线互联，使多个电源的负荷均衡，以提高电源系统的可靠性。

Description

磁盘阵列供电系统

技术领域

本实用新型明涉及磁盘阵列，尤其涉及电信级高可靠大功率的磁盘阵列供电系统。

背景技术

电信级设备对系统的可靠性要求极高，非不开抗拒因素，不允许系统异常。

如图1所示，传统的两个电源并联供电的示意图。目前的磁盘阵列内部供电采用一个总线给所有设备供电，当系统中任何一路电源或负载异常时，如果电源A的输出短路，在图1的供电系统中，由于电源模块B和电源模块A是直接通过导体物理连接，致使电源模块B的输出也短路，电源模块B也无法对系统供电，这使得当任何一个负载或电源故障如短路、过载，将直接影响整个电源总线，致使该电源总线上的所有设备都受影响而无法正常工作。

现有的磁盘阵列是把所有负载当作一个整体供电，通过电源模块上的ORing+过流保护电路把多路电源并联成一个电源总线，实现了多个电源的并联供电，这就需要很高功率密度的ORing+过流保护电路，电源模块的设计难度很大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁盘阵列供电系统，以解决现有技术中当任何一个负载或电源故障如短路、过载，将直接影响整个电源总线，致使该电源总线上的所有设备都受影响而无法正常工作的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种磁盘阵列供电系统，该系统包括：至少两个电源模块、多个电源并联供电和热插拔电路的多个用电设备，其中所述至少两个电源模块分成至少一组，所述多个用电设备分成与所述至少两个电源模块分成的组数相同数目的组；一组电源模块对应一组用电设备，每组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互联；所述多个电源并联供电和热插拔电路的数量与所述多个用电设备的数量相同。

与所述每组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路互联，所述一组电源模块包括两个电源模块，所述两个电源模块通过均流母线互联。

所述电源并联供电和热插拔电路包括：电流检测电阻器，与所述电源模块连接，输出电流检测给热插拔电路；用于电源并联的理想二极管，与所述用电设备连接。

所述电流检测电阻器为毫欧电阻器。

所述用于电源并联的二极管为导通电压和内阻低的二极管。

所述导通电压和内阻低的二极管为受控金属氧化层半导体场效晶体管。

所述至少两个电源模块为两个电源模块；所述多个用电设备分成一组，所述两个电源模块分为一组。

所述至少两个电源模块为四个电源模块；所述多个用电设备分成两组，所述四个电源模块分为两组。

因此，本实用新型利用现有的多路电源ORing(多路电源ORing指多路电源并联供电)技术实现了系统中每个用电设备如负载的多路电源供电，只要有一路电源正常系统即可正常工作，同时多路电源并联工作时，所有电源通过均流母线互联，使多个电源的负荷均衡，以提高电源系统的可靠性。

附图说明

图1为传统的两个电源并联供电的示意图；

图2为本实用新型所采用的电源并联供电和热插拔电路的框图；

图3为本实用新型磁盘阵列供电系统实施例1框图；

图4为本实用新型磁盘阵列供电系统实施例2框图；

图5为本实用新型磁盘阵列供电系统实施例3框图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述。

本实用新型的目的是为了实现磁盘阵列所有负载的多路供电，实现了任何一路电源正常，其他电源或负载故障甚至短路，供电系统仍然可以正常工作，同时多路电源并联工作时，所有电源通过均流母线互联，使多个电源负荷均衡，以提高电源系统的可靠性。本实用新型将ORing+过流保护电路移到每个负载上，每组电源模块都可以对负载馈电，实现了负载的多路取电工作，同时把ORing+过流保护电路的功率分散到各个负载上，提高了系统的供电可靠性又降低了电源模块的设计难度。

如图2所示为本实用新型所采用的电源并联供电热插拔电路10框图。该电源并联供电和热插拔电路应用的主要技术为多路电源ORing(即理想二极管电路)，及通过一些简单的电路如电流检测实现热插拔电路，即低阻抗的ORing电路和热插拔电路(电流检测电阻器和过流保护电路构成)使多路电源并联起来共同为负载供电工作，如图所示，该电源并联供电热插拔电路包括：电流检测电阻器101，与电源模块30连接，输出待测电压给热插拔电路102；用于电源并联的理想二极管103，与用电设备(负载)20连接。

下面描述该多路电源ORing和热插拔功能框图中的电路结构，主要描述元器件以及各自的连接关系：以双路电源为例，电源的ORing和热插拔电路框图如图2所示，两路电路分别经过电流检测电阻到ORing控制电路和理想二极管103(如ORing电路控制的MOSFET)实现双路电源并联供电，ORing控制电路通过检测ab的电压实现双路电源ORing，热插拔控制电路通过检查电流检测电阻上的电压与ORing控制电路配合实现热插拔功能。ORing实现过程：当检测到ab的电压大于某一正门限时，ORing控制电路打开MOSFET使该路电路接通，当ab电压小于零时，ORing控制电路关闭MOSFET防止电源间短路，但ab电压在迟滞区间内，两路电源会同时接通供电。热插拔主要是通过过流保护和缓启动实现的，过流保护实现过程：当热插拔控制电路检测到电流检测电阻两端的电压超过设定值时，即电流超过设定值时，通知ORing控制电路关闭该路的MOSFET，断开电源和负载的链接。并会在一小段时间后试图打开MOSFET或缓慢打开，实现过流保护。缓启动实现过程：ORing控制器在打开MOSFET时，根据设定的缓启动时间逐渐打开MOSFET，减小负载启动对电源的冲击。

每路电源通过一个高精度的毫欧电阻，把该路的电流转化成电压，供热插拔电路进行电压检测，实现过流保护，然后通过一个理想二极管(即导通电压和内阻极低的二极管，可以是受控金属-氧化层-半导体-场效晶体管(MOSFET))实现多路电源高效地并联供电，又可以阻止并联在一起的多路电源互相反灌。由于电源并联供电热插拔电路为现有技术，在此仅描述与本实用新型相关内容。

下面介绍采用上述电源并联供电热插拔电路后的供电系统，如图3所示，本实用新型磁盘阵列供电系统实施例1框图。在该例中以双路电源供电为例：包括两个电源模块A和B30、多个电源并联供电热插拔电路10和多个用电设备20(如负载1...N)，其中两个电源模块分成一组，所述多个用电设备分成与所述至少两个电源模块分成的组数相同数目的组，即一组；组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互联(电源并联供电和热插拔电路是ORing+过流保护电路+缓启动，组中的每一个用电设备分别通过自带的电源并联供电和热插拔电路，与一组电源模块的所有输出互联)；所述电源并联供电热插拔电路的数量与所述多个用电设备的数量相同。

具体来说：外部直流(如-48VDC)或交流电源(如220VAC)A、B两路一级电源分别通过电源模块A、B转换成两路系统内可以容易使用的二级电源(如+12V)供给到系统中板，系统中的每个负载通过大功率电源连接器从中板接入两路二级电源，两路电源通过电源并联供电和热插拔电路，即低阻抗的ORing电路和过流保护电路，实现两路电源的并联供电和电源热插拔，使负载可从两路电源同时取电工作。电源模块A、B通过均流母线100互联，使电源模块A、B输出的二级电源电压基本相同，使负载从每个电源模块吸收的电流基本相同，同时实行了电源的负荷分担。

当系统中任何一路电源或负载异常时，如果电源A的输出短路，在图1的供电系统中，由于电源B和电源A是直接通过导体物理连接，致使电源B的输出也短路，电源B也无法对系统供电，但在图2的供电系统中，由于电源A和电源B的输出都是由单独的导体传输，没有物理连接，是两套完全独立的电源总线，电源B不受电源A的短路故障影响，仍正常给系统供电，这个磁盘阵列任何可以正常工作，对外提供所有服务。

如果系统中的负载较大，单个电源模块无法提供足够的功率和较高的供电效率，可以把负载和电源分成多个组实现分散供电，如图4所示，磁盘阵列供电系统实施例2框图。以双路电源和用电设备(负载)都分成两组为例：一个供电模块集成两个供电子模块A1和A2，B1和B2，即4个电源模块30，同时把负载根据功能分成两组，一组采用电源模块A1和B1供电，另一组采用电源模块A2和B2供电，电源模块A1和B1，电源模块A2和B2分别通过均流母线100互联实现电源的负荷均衡。

如图所示，该实施例2包括四个电源模块A1、A2和B1、B2，多个电源并联供电热插拔电路10和多个用电设备20(如负载)，其中四个电源模块分成两组，所述多个用电设备分成与所述四个电源模块分成的组数相同数目的组，即两组；组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互接；所述电源并联供电热插拔电路的数量与所述多个用电设备的数量相同。

如图5所示，磁盘阵列供电系统实施例3框图。以双电源双主控32盘位磁盘阵列为例，单个硬盘(即用电设备)的功耗可达20瓦，单个高性能的主控(即用电设备)的功耗可达300瓦，再加上系统散热等其他设备(即用电设备)的功耗，整个系统的功耗高达1500瓦，如果使用二级电源使用12V电源，则单个电源需要提供125A的电流，单个如此高功率，高精度(±2.5％)，低噪声(纹波小于±120mV)的电源设计难度非常大。而且在每毫欧内阻上的热耗近16W，压降125mV，使得电源的效率降低，同时增加系统热耗。

如图所示，该实施例3包括四个电源模块A1、A2和B1、B2，多个电源并联供电热插拔电路10和多个用电设备20(如磁盘盒、主控)，其中四个电源模块30分成两组，所述多个用电设备分成与所述四个电源模块分成的组数相同数目的组，即两组；组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互联；所述电源并联供电热插拔电路的数量与所述多个用电设备的数量相同。电源模块A1和B1，电源模块A2和B2分别通过均流母线100互联实现电源的负荷均衡。

该实施例将供电模块A分成A1和A2两部分，供电电模块B分成B1和B2两部分，即提供4个电源模块；把磁盘1～16和主控1分成一组由电源模块A1和B1供电；把磁盘17～32和主控2分成一组，由电源模块A2和B2供电，则此时系统中共有四路二级电源，每路只需要提供63A的电流，在每毫欧内阻上的热耗只有原来的1/4，约4W，压降只有原来的一半，约63mV，既提高了效率又降低了电源的设计难度。同理如果把供电模块和负载分成4部分，即所述多个用电设备分成与所述至少两个电源模块分成的组数相同数目的组；则在每毫欧内阻上的热耗只有原来的1/16，每路提供的电流只有原来的1/4(这是由于功率＝电流的平方与电阻乘积，电流每降一半，则在单位电阻上的损耗降到1/4)，可大大降低电源地设计难度，并提高电源地效率。

本实用新型和现有技术相比，主要优点是：降低大功率高精度电源的设计难度，提高电源效率；提高供电系统的可靠性，可以容忍多个电源和负载短路或过载故障；其他高可靠性的系统也可以使用该供电方案，提供供电系统的可靠性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型进行修改、更改或者等同替换，而不脱离本实用新型和权利要求的精神和范围。

Claims

1.一种磁盘阵列供电系统，其特征在于，包括：至少两个电源模块、多个电源并联供电和热插拔电路的多个用电设备，其中所述至少两个电源模块分成至少一组，所述多个用电设备分成与所述至少两个电源模块分成的组数相同数目的组；一组电源模块对应一组用电设备，每组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路，与对应组电源模块的所有电源输出互联；所述多个电源并联供电和热插拔电路的数量与所述多个用电设备的数量相同。

2.如权利要求1所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，与所述每组中的每一个用电设备的电源并联供电和热插拔电路互联，所述一组电源模块包括两个电源模块，所述两个电源模块通过均流母线互联。

3.如权利要求1所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述电源并联供电和热插拔电路包括：电流检测电阻器，与所述电源模块连接，输出电流检测给热插拔电路；用于电源并联的理想二极管，与所述用电设备连接。

4.如权利要求3所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述电流检测电阻器为毫欧电阻器。

5.如权利要求3所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述用于电源并联的二极管为导通电压和内阻低的二极管。

6.如权利要求5所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述导通电压和内阻低的二极管为受控金属氧化层半导体场效晶体管。

7.如权利要求1-6任意一项所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述至少两个电源模块为两个电源模块；所述多个用电设备分成一组，所述两个电源模块分为一组。

8.如权利要求1-6任意一项所述的磁盘阵列供电系统，其特征在于，所述至少两个电源模块为四个电源模块；所述多个用电设备分成两组，所述四个电源模块分为两组。