DE102011018920A1

DE102011018920A1 - Power supply device for power source of server computer for rack arrangement, has control unit that is provided for switching between primary power supply voltage and secondary power supply voltage

Info

Publication number: DE102011018920A1
Application number: DE201110018920
Authority: DE
Inventors: Gerhard Mühsam
Original assignee: Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property GmbH
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2012-10-31

Abstract

The device (7) has a main power input unit (8a) that connects power supply main portion to primary power supply voltage. A converter circuit (10) converts primary power supply voltage to secondary power supply voltage. An output unit (11) outputs secondary power supply voltage and an auxiliary power input unit (8b) connects primary power supply voltage and secondary power supply voltage. A control unit (12) is provided for switching between primary power supply voltage and secondary power supply voltage. Independent claims are included for the following: (1) computer; and (2) rack arrangement.

Description

Die Erfindung betrifft ein Netzteil zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers umfassend einen Netzeingang zum Anschluss des Netzteils an eine primäre Versorgungsspannung, eine Wandlerschaltung zum Umwandeln der primären Versorgungsspannung in wenigstens eine sekundäre Versorgungsspannung und wenigstens einen Ausgang zum Abgeben der wenigstens einen sekundären Versorgungsspannung.The invention relates to a power supply for the power supply of an electrical load comprising a mains input for connecting the power supply to a primary supply voltage, a converter circuit for converting the primary supply voltage into at least one secondary supply voltage and at least one output for outputting the at least one secondary supply voltage.

Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Computer mit einem derartigen Netzteil sowie eine Anordnung umfassend einen derartigen Computer.The invention further relates to a computer with such a power supply and an arrangement comprising such a computer.

Netzteile zur Stromversorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere Computern, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere bei der Versorgung von verhältnismäßig leistungsfähigen elektronischen Komponenten werden in der Regel Schaltnetzteile eingesetzt, die typischerweise einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweisen.Power supplies for powering electrical consumers, especially computers, are known in the art. In particular, in the supply of relatively powerful electronic components switching power supplies are usually used, which typically have a particularly high efficiency.

Insbesondere bei systemkritischen Komponenten, wie beispielsweise Servercomputern für hochverfügbare Anwendungen oder Komponenten der Nachrichtentechnik wie beispielsweise Vermittlungskomponenten von Daten- und Telefonnetzwerken ist oftmals eine Redundanz der Stromversorgung gefordert, um den Betrieb der elektrischen Anlage auch bei Ausfällen einzelner Komponenten oder Versorgungswege sicherzustellen.Particularly in the case of system-critical components, such as server computers for fault-tolerant applications or telecommunications components such as switching components of data and telephone networks, a redundancy of the power supply is often required to ensure the operation of the electrical system even in case of failure of individual components or supply routes.

Ein bekannter Ansatz besteht darin, mehrere Netzteile redundant vorzuhalten, wobei jedes Netzteil so dimensioniert ist, dass zumindest ein Notbetrieb des elektrischen Verbrauchers beim Ausfall eines der Netzteile möglich ist. Das Vorsehen redundanter Netzteile schützt den elektrischen Verbraucher vor dem Versagen eines einzelnen Netzteils.One known approach is to provide multiple redundant power supplies, each power supply is dimensioned so that at least an emergency operation of the electrical load in case of failure of one of the power supplies is possible. The provision of redundant power supplies protects the electrical load from the failure of a single power supply.

Ein anderer Ansatz besteht darin, eine so genannte unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) in eine primäre Versorgungsleitung einzuschleifen. Dabei übernimmt die unterbrechungsfreie Stromversorgung im Falle eines Ausfalls einer primären Netzspannung die Versorgung des Netzteils mit einer primären Versorgungsspannung zumindest so lange, bis der elektrische Verbraucher in einen gesicherten Betriebszustand übergegangen ist oder die primäre Netzspannung wieder zur Verfügung steht. Ein derartiger Ansatz schützt den elektrischen Verbraucher insbesondere vor kurzfristigen Ausfällen einer primären Netzspannung.Another approach is to loop a so-called uninterruptible power supply (UPS) into a primary supply line. In the event of a failure of a primary mains voltage, the uninterruptible power supply takes over the supply of the power supply unit with a primary supply voltage at least until the electrical load has changed to a safe operating state or the primary mains voltage is available again. Such an approach protects the electrical consumer in particular against short-term failures of a primary mains voltage.

Schließlich sind aus dem Stand der Technik auch rackmontierte, verhältnismäßig leistungsstarke Umschalter bekannt, die eine einer Mehrzahl von primären Versorgungsspannungen auswählen und zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern innerhalb eines Rackgehäusess bereitstellen. Eine derartige Anordnung schützt insbesondere Rackanordnungen mit mehreren elektrischen Verbrauchern vor dem Ausfall einer einzelnen primären Versorgungsspannung, beispielsweise einer einzelnen Phasenleitung oder dergleichen.Finally, rack-mounted, relatively high-performance switches are known in the art, which select one of a plurality of primary supply voltages and provide for the supply of electrical loads within a Rackgehäusess. Such an arrangement particularly protects rack assemblies with multiple electrical loads from the failure of a single primary supply voltage, such as a single phase line or the like.

Die beschriebenen Ansätze können teilweise miteinander kombiniert werden, um die Versorgungssicherheit des elektrischen Verbrauchers weiter zu erhöhen. Dabei ergibt sich jedoch das Problem, dass der Aufwand zur Sicherstellung der elektrischen Versorgung des Verbrauchers oft exponentiell anwächst. Werden beispielsweise über zwei primäre Versorgungsleitungen unterschiedliche primäre Versorgungsspannungen bereitgestellt und gleichzeitig eine redundante Anordnung von Netzteilen verwendet, beispielsweise eine so genannte 3 + 1-Anordnung, bei der im normalen Betrieb nur drei von insgesamt 4 Netzteilen zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers benötigt werden, müssen nunmehr insgesamt acht Netzteile, vier für jede Stromversorgungsleitung bereitgestellt werden. Der Aufwand für die Versorgung weiterer Komponenten erhöht sich dementsprechend, beispielsweise die Anzahl der benötigten Umschalter oder die Anzahl der zur Überbrückung von kurzfristigen Stromausfällen benötigten USV.The described approaches can be partially combined with each other to further increase the security of supply of the electrical load. However, there is the problem that the effort to ensure the electrical supply of the consumer often grows exponentially. If, for example, different primary supply voltages are provided via two primary supply lines and at the same time a redundant arrangement of power supply units is used, for example a so-called 3 + 1 arrangement in which only three out of a total of four power supply units are required to supply the electrical load in normal operation a total of eight power supplies, four are provided for each power line. The cost of supplying additional components increases accordingly, for example, the number of required switches or the number of required for bridging short-term power outages UPS.

Insbesondere bei Servercomputer mit gemäßigtem Anforderungsprofil, beispielsweise betriebsinternen Server kleiner und mittlerer Unternehmen, ist eine derartige Ausgestaltung einer Stromversorgung nicht immer erforderlich. Neben rein wirtschaftlichen Aspekten spielt dabei auch die Energieeffizienz der Anlage insgesamt eine Rolle. Wird eine große Zahl von Komponenten redundant vorgehalten, um nur einen oder wenige elektrische Verbraucher mit Strom zu versorgen, verringert sich in der Regel auch die Energieeffizienz der gesamten Anlage, weil einzelne Komponenten weit unterhalb ihrer Nennlast oder in einem Bereitschaftszustand betrieben werden.Particularly in the case of server computers with a moderate requirement profile, for example in-house servers of small and medium-sized enterprises, such a configuration of a power supply is not always necessary. In addition to purely economic aspects, the energy efficiency of the system also plays a role overall. If a large number of components are kept redundant in order to supply only one or a few electrical consumers, the energy efficiency of the entire system is generally reduced because individual components are operated well below their rated load or in a standby state.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, alternative Ansätze zur Sicherstellung einer Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers zu beschreiben. Bevorzugt sollen Vorrichtungen angegeben werden, die eine akzeptable Versorgungssicherheit für einen elektrischen Verbraucher sicherstellen, ohne das Zufügen weiterer, insbesondere aktiver externer Komponenten und damit die Verringerung einer Energieeffizienz nach sich zu ziehen.An object of the present invention is to describe alternative approaches for ensuring a power supply of an electrical load. Preference should be given to devices which ensure an acceptable supply security for an electrical consumer, without entailing the addition of further, in particular active external components and thus the reduction of energy efficiency.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird hierzu ein Netzteil zur Stromversorgung eines elektrischen Verbrauchers umfassend einen ersten Netzeingang zum Anschluss des Netzteils an eine erste primäre Versorgungsspannung, eine Wanderschaltung zum Umwandeln der primären Versorgungsspannung in wenigstens eine sekundäre Versorgungsspannung und wenigstens einen Ausgang zum Abgeben der wenigstens einen sekundären Versorgungsspannung beschrieben. Das Netzteil ist dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Netzeingang zum Anschluss des Netzteils an eine zweite primäre Versorgungsspannung und eine Schaltung zum Umschalten zwischen der ersten und der zweiten primären Versorgungsspannung in dem Netzteil vorgesehen sind.According to a first aspect of the invention, for this purpose, a power supply for the power supply of an electrical load comprising a first power input for connecting the power supply to a first primary supply voltage, a Wandering circuit for converting the primary supply voltage into at least one secondary supply voltage and at least one output for discharging the at least one secondary supply voltage described. The power supply is characterized in that a second power input for connecting the power supply to a second primary supply voltage and a circuit for switching between the first and the second primary supply voltage are provided in the power supply.

Durch das Vorsehen eines zweiten Netzeingangs zum Anschluss des Netzteils an eine zweite primäre Versorgungsspannung und eine Schaltung zum Umschalten zwischen der ersten und der zweiten primären Versorgungsspannung kann auf die Verwendung externer Transferswitches vermieden werden. Damit genießt das Netzteil die Vorteile eine einer Zweiquellenversorgung, auch bekannt als so genanntes ”Dual Feed” oder ”Dual Source”. Durch das Vorsehen des Umschalters direkt im Netzteil werden die Vorteile der Zweiquellenversorgung unmittelbar mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt, so dass keine weiteren, zwischengeordneten Komponenten verdoppelt werden müssen. Zwar ist das Netzteil an sich nicht gegen einen Fehler in der Wandlerschaltung geschützt, jedoch kann die Gefahr eines Ausfalls der Wandlerschaltung auf anderen Architekturebenen begegnet werden, ohne dass hierfür ein weiterer Aufwand auf Seiten des Netzteils oder im Bereich der benötigten Zuleitungen entsteht.By providing a second network input for connecting the power supply to a second primary supply voltage and a circuit for switching between the first and the second primary supply voltage, the use of external transfer switches can be avoided. Thus, the power supply enjoys the advantages of a two-source supply, also known as a so-called "dual feed" or "dual source". By providing the switch directly in the power supply, the advantages of the two-source supply are directly coupled to the electrical load, so that no further, intermediate components must be doubled. Although the power supply per se is not protected against a fault in the converter circuit, the danger of a failure of the converter circuit on other architecture levels can be counteracted without additional effort on the part of the power supply or in the area of the required supply lines.

Gemäß unterschiedlichen vorteilhaften Ausgestaltungen ist die Schaltung zum Umschalten zwischen der ersten und der zweiten primären Versorgungsspannung dazu eingerichtet, die Höhe der ersten primären Versorgungsspannung und/oder die Höhe der zweiten Versorgungsspannung zu überwachen. Dabei wird alternativ beim Unterschreiten oder Überschreiten vorbestimmter Grenzwerte von der ersten primären Versorgungsspannung auf die zweite Versorgungsspannung umgeschaltet oder umgekehrt. Die Überwachung einer Höhe einer Versorgungsschaltung kann besonderes einfach, beispielsweise durch ein diskrete Schaltung oder mit Hilfe von einfachen Programmcodes eines Mikrocontrollers implementiert werden, und sorgt für eine einfache Auswahl einer jeweils betriebsbereiten Spannungsquelle.According to various advantageous embodiments, the circuit for switching between the first and the second primary supply voltage is adapted to monitor the height of the first primary supply voltage and / or the level of the second supply voltage. In this case, it is alternatively switched when falling below or exceeding predetermined limit values of the first primary supply voltage to the second supply voltage or vice versa. The monitoring of a level of a supply circuit can be implemented particularly simply, for example by means of a discrete circuit or with the aid of simple program codes of a microcontroller, and ensures an easy selection of a respectively ready voltage source.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Netzteil durch einen Steuerausgang gekennzeichnet, wobei die Steuerschaltung dazu eingerichtet ist, einen Betriebszustand des Netzteils über den Steuerausgang an eine Steuerkomponente des elektrischen Verbrauchers zu signalisieren. Insbesondere bei internen Schaltnetzteilen, wie sie bei Computern üblich sind, kann somit der aktuelle Zustand des Netzteils auch an weitere Komponenten des Computers übermittelt und von diesem überwacht werden.According to a further advantageous embodiment, the power supply is characterized by a control output, wherein the control circuit is adapted to signal an operating state of the power supply via the control output to a control component of the electrical load. In particular, in internal switching power supplies, as they are common in computers, so the current state of the power supply can also be transmitted to other components of the computer and monitored by this.

Unter anderem kann ein derartiger Steuerausgang dazu verwendet werden, den Abfall der ersten und/oder der zweiten primären Versorgungsspannung unter einen ersten vorbestimmten Schwellwert, ein Überschreiten der ersten und/oder der zweiten primären Versorgungsspannung über einen zweiten vorbestimmten Schwellwert oder ein Umschalten zwischen der ersten und der zweiten primären Versorgungsspannung zu signalisieren.Among other things, such a control output may be used to decrease the first and / or the second primary supply voltage below a first predetermined threshold, overshoot the first and / or second primary supply voltages above a second predetermined threshold, or switch between the first and second primary supply voltages signal the second primary supply voltage.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein Computer mit einem Netzteil gemäß dem ersten Aspekt beschrieben. Ein derartiger Computer weist die Vorteile auf, dass in ihm bereits sämtliche Komponenten integriert sind, die zur Herstellung einer Zweiquellenversorgung benötigt werden.According to a second aspect, a computer is described with a power supply according to the first aspect. Such a computer has the advantages that it already has all the components are integrated, which are needed to produce a two-source supply.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Computer eine Mehrzahl von Netzteilen auf, wobei jedes der Netzteile einen ersten Netzeingang zum Anschluss des jeweiligen Netzteils an die erste primäre Versorgungsspannung und einen zweiten Netzeingang zum Anschluss des jeweiligen Netzteils an die zweite primäre Versorgungsspannung aufweist und die Mehrzahl der Netzteile derart dimensioniert sind, dass eine verleibende Gruppe von Netzteilen der Mehrzahl von Netzteilen selbst beim Ausfall eines der Mehrzahl von Netzteilen zur Versorgung des Computers mit der sekundären Versorgungsspannung ausreicht. Ein derartiger Computer weist den weiteren Vorteil auf, dass er auch gegen den Ausfall wenigstens eines der Netzteile geschützt ist.According to an advantageous embodiment, the computer has a plurality of power supply units, each of the power supply units having a first mains input for connecting the respective power supply to the first primary supply voltage and a second mains input for connecting the respective power supply to the second primary supply voltage and the plurality of power supply units are dimensioned such that an associated group of power supplies of the plurality of power supplies is sufficient to power the computer with the secondary power supply even if one of the plurality of power supplies fails. Such a computer has the further advantage that it is also protected against the failure of at least one of the power supplies.

Derartige Computer eignen sich insbesondere zum Einbau in Serverracks mit redundanten Stromzuführungen, beispielsweise mit einer ersten Stromschiene zum Anschluss des Netzteils an eine erste primäre Versorgungsspannung und einer zweiten Stromschiene zum Anschluss des Netzteils an eine zweite primäre Versorgungsspannung.Such computers are particularly suitable for installation in server racks with redundant power supply, for example with a first power rail for connecting the power supply to a first primary supply voltage and a second power rail for connecting the power supply to a second primary supply voltage.

Gemäß einem dritten Aspekt wird eine Anordnung umfassend wenigstens einen Computer gemäß dem zweiten Aspekt sowie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung beschrieben, wobei der Computer über den ersten Netzeingang mit einer von einem Netzbetreiber bereitgestellten Versorgungsspannung verbunden ist und über den zweiten Netzeingang mit der unterbrechungsfreien Stromversorgung verbunden ist. Auf diese Weise lassen sich auch die Vorteile einer unterbrechungsfreien Stromversorgung in das erfindungsgemäße Konzept integrieren, ohne dass dazu externe Umschalter oder weitere Netzteile in dem Computer erforderlich sind.According to a third aspect, an arrangement comprising at least one computer according to the second aspect and an uninterruptible power supply is described, wherein the computer is connected via the first network input to a supply voltage provided by a network operator and is connected to the uninterruptible power supply via the second network input. In this way, the advantages of an uninterruptible power supply in the inventive concept can be integrated without the need for external switches or other power supplies in the computer.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den angehängten Patentansprüchen sowie der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Further advantageous embodiments are described in more detail in the appended claims and the following detailed description of exemplary embodiments.

Unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf Figuren im Detail beschrieben. Dabei werden gleiche oder gleichwirkende Komponenten unterschiedlicher Ausführungsbeispiele mit gleichen Bezugszeichen versehen.Different embodiments of the invention will be described below in detail with reference to figures. The same or equivalent components of different embodiments are provided with the same reference numerals.

In den Figuren zeigen:In the figures show:

1 ein Netzteil zur Stromversorgung gemäß einer ersten Ausgestaltung, 1 a power supply for power supply according to a first embodiment,

2 eine Anordnung umfassend einen Computer und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und 2 an arrangement comprising a computer and an uninterruptible power supply and

3 eine mögliche Anordnung zur Sicherstellung einer Versorgungsspannung. 3 a possible arrangement for ensuring a supply voltage.

3 zeigt eine mögliche Anordnung zur Sicherstellung der Versorgungsspannung für einen elektrischen Verbraucher 1. Der elektrische Verbraucher 1 ist auf mehreren Ebenen vor einer Unterbrechung der Versorgungsspannung geschützt. 3 shows a possible arrangement for ensuring the supply voltage for an electrical load 1 , The electrical consumer 1 is protected at several levels against interruption of the supply voltage.

Insbesondere ist der elektrische Verbraucher 1 mit zwei unterschiedlichen Spannungsquellen 2a und 2b verbunden. Bei den unterschiedlichen Spannungsquellen 2a und 2b kann es sich beispielsweise um unterschiedlich abgesicherte Phasenleitungen einer Gebäudeinstallation oder im Extremfall sogar um unterschiedliche Versorgungsleitungen unterschiedlicher Energielieferanten handeln.In particular, the electrical consumer 1 with two different voltage sources 2a and 2 B connected. At the different voltage sources 2a and 2 B For example, these can be differently secured phase lines of a building installation or, in extreme cases, even different supply lines of different energy suppliers.

Jede der Spannungsquellen 2a und 2b ist über eine eigene, der Spannungsquelle zugeordnete unterbrechungsfreie Stromversorgung 3a beziehungsweise 3b gesichert. Die Ausgänge der unterbrechungsfreien Stromversorgungen 3a und 3b sind über gesonderte Netzleitungen 4a beziehungsweise 4b mit Netzeingängen 8a und 8b eines Serverracks 9 verbunden. In dem Serverrack 9 ist im Ausführungsbeispiel nur ein einzelner Computer 5 enthalten. Selbstverständlich können auch mehrere Computer 5 in dem Serverrack 9 angeordnet werden.Each of the voltage sources 2a and 2 B is via its own, the power source associated uninterruptible power supply 3a respectively 3b secured. The outputs of the uninterruptible power supplies 3a and 3b are via separate power lines 4a respectively 4b with mains inputs 8a and 8b a server rack 9 connected. In the server rack 9 in the exemplary embodiment is only a single computer 5 contain. Of course, you can also use several computers 5 in the server rack 9 to be ordered.

In der dargestellten Anordnung weist der Computer 5 wiederum zwei voneinander unabhängige Netzteilanordnungen 6a und 6b auf wobei jede der Netzteilanordnungen 6a und 6b jeweils 4 Netzteile 7a bis 7h umfasst. Die Netzteile 7a bis 7d sowie die Netzteile 7e bis 7g bilden dabei jeweils eine so genannte 3 + 1-Netzteilanordnung 6a beziehungsweise 6b. Die Ausgänge der Netzteilanordnungen 6a und 6b sind schließlich mit dem eigentlichen elektrischen Verbraucher 1, beispielsweise einer Hauptplatine und Laufwerken des Computers 5 verbunden.In the illustrated arrangement, the computer 5 again two independent power supply arrangements 6a and 6b on each of the power supply assemblies 6a and 6b 4 power supplies each 7a to 7h includes. The power supplies 7a to 7d as well as the power supplies 7e to 7g each form a so-called 3 + 1 power supply arrangement 6a respectively 6b , The outputs of the power supply assemblies 6a and 6b are finally with the actual electrical consumer 1 For example, a motherboard and drives of the computer 5 connected.

Die in der 3 dargestellte Anordnung ist zwar besonders gut gegen Ausfälle einzelner Komponenten geschützt, jedoch auch sehr aufwändig in der Einrichtung sowie in der Wartung. Zudem verursachen die zwei redundanten USV 3a und 3b und die 8 redundanten Netzteilen 7a bis 7h ständig eine Verlustleistung, die die Energieeffizienz der Anordnung reduziert. Aufgrund der Komplexität der Anordnung kann es außerdem zu Fehlinstallationen oder Fehlbedienungen kommen, die den eigentlichen Vorteil einer derartigen Anordnung ganz oder teilweise zunichte machen.The in the 3 Although shown arrangement is particularly well protected against failure of individual components, but also very expensive in the device and in maintenance. In addition, the two redundant UPS cause 3a and 3b and the 8th redundant power supplies 7a to 7h constantly a power loss, which reduces the energy efficiency of the arrangement. Due to the complexity of the arrangement, it can also lead to incorrect installations or operating errors that completely or partially obscure the actual advantage of such an arrangement.

1 zeigt ein Netzteil 7 gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. Ein wesentliches Merkmal des Netzteiles 7 ist, dass es zwei getrennte Netzeingänge 8a und 8b zum gleichzeitigen Anschluss des Netzteils 7 an zwei unterschiedliche Spannungsquellen (nicht dargestellt) aufweist. 1 shows a power supply 7 according to an embodiment of the present invention. An essential feature of the power supply 7 is that there are two separate network inputs 8a and 8b for simultaneous connection of the power supply 7 at two different voltage sources (not shown).

Das Netzteil 7 umfasst eine Wandlerschaltung 10 zum Umwandeln einer primären Versorgungsspannung in eine sekundäre Versorgungsspannung für einen elektrischen Verbraucher. Bei der Wandlerschaltung 10 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um einen Schaltwandler, der eine primäre Netzwechselspannung in eine sekundäre Betriebsspannung, insbesondere eine Gleichspannung im Niederspannungsbereich, umwandelt. Der eigentliche elektrische Verbraucher (nicht dargestellt) wird über einen Versorgungsausgang 11 des Wandlerschaltung 10 mit der sekundären Betriebsspannung versorgt. Selbstverständlich kann das Netzteil 7 auch weitere Komponenten, wie insbesondere Filterschaltungen oder ähnliche Komponenten aufweisen, die in der 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellt sind.The power supply 7 includes a converter circuit 10 for converting a primary supply voltage to a secondary supply voltage for an electrical load. In the converter circuit 10 In the exemplary embodiment, this is a switching converter which converts a primary mains alternating voltage into a secondary operating voltage, in particular a DC voltage in the low voltage range. The actual electrical load (not shown) is via a supply output 11 the converter circuit 10 supplied with the secondary operating voltage. Of course, the power adapter 7 Also other components, such as in particular filter circuits or similar components, which in the 1 for reasons of clarity, however, are not shown.

Das Netzteil 7 umfasst des Weiteren eine Steuerschaltung 12 zum Umschalten zwischen der ersten Versorgungsspannung des ersten Netzeingangs 8a und der zweiten Versorgungsspannung des zweiten Netzeingangs 8b.The power supply 7 further comprises a control circuit 12 for switching between the first supply voltage of the first network input 8a and the second supply voltage of the second network input 8b ,

Die Steuerschaltung 12 umfasst im Ausführungsbeispiel einen Mikrocontroller 13, zwei Schaltelemente 14a beziehungsweise 14b sowie zwei Schaltungen 15a beziehungsweise 15b zum Überwachen der Höhe der primären Versorgungsspannung am Netzeingang 8a beziehungsweise Netzeingang 8b.The control circuit 12 includes in the embodiment a microcontroller 13 , two switching elements 14a respectively 14b as well as two circuits 15a respectively 15b to monitor the level of the primary supply voltage at the mains input 8a or power input 8b ,

In der dargestellten Ausgestaltung umfassen die Schaltungen 15a und 15b jeweils eine Diode Da beziehungsweise Db, einen hochohmigen Widerstand Ra beziehungsweise Rb sowie einen Kondensator Ca beziehungsweise Cb zum Ermitteln einer mittleren Betriebsspannung Ua beziehungsweise Ub der ersten Spannungsquelle 2a beziehungsweise der zweiten Spannungsquelle 2b. Selbstverständlich können auch andere Schaltungen zur Überwachung der Eingangsspannungen Ua oder Ub oder ein geeignetes Steuerprogramm in dem Mikrocontroller 13 verwendet werden, um die Spannung der Spannungsquellen 2a und 2b zu überwachen. Bevorzugt werden die Höhen der Spannungen an beiden Netzeingängen 8a und 8b überwacht. Insbesondere kann das Unterschreiten eines unteren Grenzwert oder das Überschreiten eines oberen Grenzwerts durch den Mikrocontroller 13 für beide Netzeingänge 8a und 8b getrennt erfasst werden. Durch die Steuerschaltung 12 wird dann derjenige Netzeingang 8a oder 8b zur Versorgung der Wandlerschaltung 10 durchgeschaltet, der vorgegebene Kriterien am besten erfüllt. In einer besonders einfachen Ausgestaltung wird nur die Spannung des ersten Netzeingangs 8a überwacht und beim Feststellen einer Über- bzw. Unterspannung am ersten Netzeingang 8a ohne weitere Prüfung auf den zweiten Netzeingang 8b umgeschaltet.In the illustrated embodiment, the circuits include 15a and 15b in each case a diode Da or Db, a high-impedance resistor Ra or Rb and a capacitor Ca or Cb for determining a mean operating voltage Ua or Ub of the first voltage source 2a or the second voltage source 2 B , Of course, other circuits for monitoring the input voltages Ua or Ub or a suitable control program in the microcontroller 13 used to voltage the voltage sources 2a and 2 B to monitor. The heights of the voltages at both network inputs are preferred 8a and 8b supervised. In particular, falling below a lower limit or exceeding an upper limit by the microcontroller 13 for both network inputs 8a and 8b be recorded separately. Through the control circuit 12 then becomes that mains input 8a or 8b to supply the converter circuit 10 switched through, the specified criteria best met. In a particularly simple embodiment, only the voltage of the first network input 8a monitored and when detecting an overvoltage or undervoltage at the first power input 8a without further testing on the second power input 8b switched.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mikrocontroller 13 dazu eingerichtet, alternativ das erste Schaltelement 14a oder das zweite Schaltelement 14b zu schließen, so dass die von der ersten Spannungsquelle 2a oder die von der zweiten Spannungsquelle 2b bereitgestellte erste beziehungsweise zweite primäre Versorgungsspannung an die Wandlerschaltung 10 weitergeleitet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden hierzu beispielsweise Symistoren, auch bekannt als TRIAC, verwendet. Dabei ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Unterbrechung des Phasenleiters dargestellt. Selbstverständlich können alternativ auch andere ein-, zwei- oder mehrpolige Schaltelemente, wie beispielsweise elektromechanische oder elektronische Relais oder Transistoren, insbesondere Feldeffekt-Transistoren, zum Schalten der unterschiedlichen Versorgungsspannungen verwendet werden.In the illustrated embodiment, the microcontroller 13 adapted to, alternatively, the first switching element 14a or the second switching element 14b close so that the first voltage source 2a or that of the second voltage source 2 B provided first or second primary supply voltage to the converter circuit 10 is forwarded. In the illustrated embodiment, for example, Symistors, also known as TRIAC, are used for this purpose. For reasons of clarity, only the interruption of the phase conductor is shown. Of course, alternatively, other single-, two- or multi-pole switching elements, such as electromechanical or electronic relays or transistors, in particular field effect transistors, can be used to switch the different supply voltages.

Schaltungen zum statischen Umschalten zwischen zwei Versorgungseingängen sind grundsätzlich als so genannte Static Transfer Switches (STS) bekannt. Die Steuerschaltung 12 gemäß der vorliegenden Erfindung kann in ihrer Schaltleistung jedoch an die Anforderungen der konkret eingesetzten Wandlerschaltung 10 angepasst werden, was wiederum zu einer Erhöhung der Energieeffizienz führt. Beispielsweise besitzen die Schaltelemente 14a und 14b eine Schaltleistung von weniger als 500 W, beispielsweise 350 W.Circuits for static switching between two supply inputs are basically known as so-called static transfer switches (STS). The control circuit 12 according to the present invention, however, in their switching power to the requirements of the converter circuit used concretely 10 which in turn leads to an increase in energy efficiency. For example, have the switching elements 14a and 14b a switching capacity of less than 500 W, for example 350 W.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Mikrocontroller 13 einen zusätzlichen Steuerausgang 16, über den beispielsweise der aktuelle Schaltzustand und/oder der Zustand der Versorgungsspannungen an den elektrischen Verbraucher 1 übertragen werden kann.In the illustrated embodiment, the microcontroller includes 13 an additional control output 16 , about the example, the current switching state and / or the state of the supply voltages to the electrical load 1 can be transferred.

Das in der 1 dargestellte Netzteil 7 weist den Vorteil auf, dass es zum gleichzeitigen Anschluss an zwei unterschiedliche Spannungsquellen 2a und 2b geeignet ist. Zwar bietet das Netzteil 7 selber keinen Schutz gegen Ausfall der zentralen Wandlerschaltung 10, jedoch sind solche Elektronikausfälle in der Praxis verhältnismäßig selten. Darüber hinaus können derartige Ausfälle auf anderer Ebene der eingesetzten Computerarchitektur abgefangen werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Anordnung gemäß 2 beschrieben wird.That in the 1 illustrated power supply 7 has the advantage that it is for simultaneous connection to two different voltage sources 2a and 2 B suitable is. Although offers the power supply 7 itself no protection against failure of the central converter circuit 10 However, such electronic failures are relatively rare in practice. In addition, such failures may be intercepted at other levels of the computer architecture employed, as discussed below with reference to the arrangement of FIG 2 is described.

Die 2 zeigt eine vorteilhafte Anordnung umfassend einen Computer 5, insbesondere einen besonders leistungsfähigen Servercomputer, sowie eine unterbrechungsfreie Stromversorgung 3. Der Computer 5 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine sogenannte 2 + 1-Netzteilanordnung 6, umfassend drei Netzteile 7a bis 7c. In einer 2 + 1-Netzteilanordnung müssen jeweils zwei Netzteile, beispielsweise die Netzteile 7a und 7b, aktiv sein, um die Stromversorgung des Computers 5 sicherzustellen. Das verbleibende dritte Netzteil 7c ist zur Stromversorgung jedoch nicht erforderlich und stellt somit eine Redundanz bezüglich der Netzteilanordnung 6 insgesamt sicher.The 2 shows an advantageous arrangement comprising a computer 5 , in particular a particularly powerful server computer, as well as an uninterruptible power supply 3 , The computer 5 includes in the illustrated embodiment, a so-called 2 + 1 power supply arrangement 6 comprising three power supplies 7a to 7c , In a 2 + 1 power supply assembly, two power supplies each, such as the power supplies, must be used 7a and 7b , be active to power the computer 5 sure. The remaining third power supply 7c is not required for power supply and thus provides redundancy with respect to the power supply assembly 6 safe overall.

Jedes der Netzteile 7a bis 7c weist jeweils zwei Netzeingänge 8a sowie 8b auf, die zum gleichzeitigen Anschluss des jeweiligen Netzteils 7a bis 7c an zwei unterschiedliche primäre Versorgungsspannungen dienen. Im Ausführungsbeispiel sind die drei Netzeingänge 8a der Netzteile 7a bis 7c über eine Netzleitung 4a direkt mit einer primären Spannungsquelle 2a, insbesondere einem Wechselstromversorgungsnetz, verbunden. Über eine zweite Netzleitung 4b sind die zweiten Netzteileingänge 8b der Netzteile 7a bis 7c mit einer zweiten primären Spannungsquelle in Form der unterbrechungsfreien Stromversorgung 3 verbunden. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung 3 kann alternativ von derselben Spannungsquelle 2a oder einer weiteren Spannungsquelle 2b mit einer primären Versorgungsspannung versorgt werden.Each of the power supplies 7a to 7c has two power inputs each 8a such as 8b on, for simultaneous connection of the respective power supply 7a to 7c serve to two different primary supply voltages. In the exemplary embodiment, the three network inputs 8a the power supplies 7a to 7c via a power line 4a directly with a primary voltage source 2a , in particular an AC power supply network connected. Via a second power line 4b are the second power supply inputs 8b the power supplies 7a to 7c with a second primary voltage source in the form of the uninterruptible power supply 3 connected. The uninterruptible power supply 3 may alternatively be from the same voltage source 2a or another voltage source 2 B be supplied with a primary supply voltage.

Die Netzteile 7a und 7c weisen jeweils einen Steuerausgang 16a bis 16c zum Anschluss der Netzteile 7a bis 7c an einen sogenannten Systemmanagementbus 17 auf. Über den Systemmanagementbus 17 sind die drei Netzteile 7a bis 7c des Weiteren mit einem sogenannten Baseboard-Management-Controller 18 einer Hauptplatine 19 verbunden. Auf der Hauptplatine 19 befindet sich des Weiteren wenigstens ein Prozessor 20, der in diesem Ausführungsbeispiel den eigentlichen elektrischen Verbraucher der Anordnung darstellt. Zu diesem Zweck sind die Versorgungsausgänge 11a bis 11c der Netzteile 7a bis 7c mit einem Versorgungseingang 21 der Hauptplatine 19 verbunden.The power supplies 7a and 7c each have a control output 16a to 16c for connecting the power supply units 7a to 7c to a so-called system management bus 17 on. About the system management bus 17 are the three power supplies 7a to 7c furthermore with a baseboard management controller 18 a motherboard 19 connected. On the motherboard 19 Furthermore, there is at least one processor 20 which represents the actual electrical load of the arrangement in this embodiment. For this purpose, the supply outlets 11a to 11c the power supplies 7a to 7c with a supply input 21 the motherboard 19 connected.

Die in der 2 dargestellte Anordnung weist ebenfalls eine besonders hohe Sicherheit gegen Ausfälle einer Versorgungsspannung auf. Im Unterschied zu der in der 3 dargestellten Situation sind hierfür jedoch deutlich weniger Komponenten erforderlich. Insbesondere müssen nicht mehr redundante Netzteile 7 als nötig vorgehalten werden. Zudem besitzt die Verlagerung der Umschaltung zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einer zweiten Versorgungsspannung direkt in die Netzteile 7 des Computers 5 den Vorteil, dass eine Signalisierung unterschiedlicher Betriebszustände an den Baseboard-Management-Controller 18 möglich ist. Auf einen gesonderten Anschluss externer Komponenten, wie beispielsweise der unterbrechungsfreien Stromversorgung 3 oder eventueller externer Transferswitches, an Überwachungsvorrichtungen ist daher nicht erforderlich, um den Betriebszustand sämtlicher Gerätekomponenten durch den Computer 5 selbst zu erfassen und zu überwachen.The in the 2 The arrangement shown also has a particularly high level of security against failures of a supply voltage. Unlike the one in the 3 However, this situation requires significantly fewer components. In particular, no longer need redundant power supplies 7 be held as necessary. In addition, the shift has the switching between a first supply voltage and a second supply voltage directly into the power supplies 7 of the computer 5 the advantage that a signaling of different operating states to the baseboard management controller 18 is possible. On a separate connection of external components, such as the uninterruptible power supply 3 or any external transfer switches, to monitoring devices is therefore not required to control the operating status of all device components by the computer 5 self-recording and monitoring.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektrischer Verbraucherelectrical consumer
22: Spannungsquellevoltage source
33: unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV)uninterruptible power supply (UPS)
44: Netzleitungpower line
55: Computercomputer
66: NetzteilanordnungPower supply arrangement
77: Netzteilpower adapter
88th: Netzeingangpower input
99: Serverrackserver rack
1010: Wandlerschaltungconverter circuit
1111: Versorgungsausgangpower output
1212: Steuerschaltungcontrol circuit
1313: Mikrocontrollermicrocontroller
1414: Schaltelementswitching element
1515: Überwachungsschaltungmonitoring circuit
1616: Steuerausgangcontrol output
1717: Systemmanagementbussystem management
1818: Baseboard-Management-Controller (BMC)Baseboard Management Controller (BMC)
1919: Hauptplatinemotherboard
2020: Prozessorprocessor
2121: Versorgungseingangsupply input

Claims

Power adapter ( 7 ) for the power supply of an electrical consumer ( 1 ) comprising a first network input ( 8a ) for connecting the power supply ( 7 ) to a first primary supply voltage, a converter circuit ( 10 ) for converting the primary supply voltage into at least one secondary supply voltage and at least one supply output ( 11 ) for delivering the at least one secondary supply voltage, characterized by a second mains input ( 8b ) for connecting the power supply ( 7 ) to a second primary supply voltage and a control circuit ( 12 ) for switching between the first and the second primary supply voltage.

Power adapter ( 7 ) according to claim 1, characterized in that the control circuit ( 12 ) is configured to monitor a level of the first primary supply voltage and, upon detecting a drop in the first primary supply voltage below a first predetermined threshold, to switch the converter circuit to the second primary supply voltage.

Power adapter ( 7 ) according to claim 2, characterized in that the control circuit ( 12 ) is additionally configured to monitor a level of the second primary supply voltage and, upon detecting a drop in the second primary supply voltage below the first predetermined threshold, to switch the converter circuit to the first primary supply voltage.

Power adapter ( 7 ) according to claim 2 or 3, characterized in that the control circuit ( 12 ) is additionally configured, upon detection of an exceeding of the first or the second primary supply voltage via a second predetermined threshold value, the converter circuit ( 10 ) to the second or first primary supply voltage switch.

Power adapter ( 7 ) according to one of claims 1 to 4, characterized by a control output ( 16 ) wherein the control circuit ( 12 ) is adapted to an operating state of the power supply ( 7 ) via the control output ( 16 ) to a control component of the electrical consumer ( 1 ).

Power adapter ( 7 ) according to claim 5, characterized in that the power supply ( 7 ) is adapted to at least one of the following events via the control output ( 16 ): dropping the first and / or the second primary supply voltage below a first predetermined threshold, exceeding the first and / or the second primary supply voltage over a second predetermined threshold, or switching between the first and second primary supply voltages.

Computer ( 5 ) with at least one power supply ( 7 ) according to one of the claims 1 to 6.

Computer ( 5 ) according to claim 7, characterized in that the computer has a plurality of power supplies ( 7a . 7b . 7c ), each of the power supplies ( 7a . 7b . 7c ) a first power input ( 8a ) for connecting the respective power supply ( 7a . 7b . 7c ) to the first primary supply voltage and a second power input ( 8b ) for connecting the respective power supply ( 7a . 7b . 7c ) to the second primary supply voltage and the plurality of power supplies ( 7a . 7b . 7c ) is dimensioned such that a group of power packs ( 7a . 7b ) of the plurality of power supplies even if one of the plurality of power supplies fails ( 7c ) is sufficient to supply the computer with the secondary supply voltage.

Computer ( 5 ) according to one of claims 7 or 8, characterized in that the computer ( 5 ) for installation in a server rack ( 9 ) is configured with redundant power supply, wherein the first power input ( 8a ) electrically connected to a first busbar and the second power input ( 8b ) electrically connected to a second busbar of the server rack ( 9 ) is connectable.

Arrangement comprising at least one computer ( 5 ) according to one of claims 7 to 9 and an uninterruptible power supply ( 3 ), whereby the computer ( 5 ) via the first power input ( 8a ) is connected to a supply voltage provided by a network operator and via the second network input ( 8a ) with the uninterruptible power supply ( 3 ) connected is.