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 - Google Patents
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Abstract
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:
Insbesondere ist der elektrische Verbraucher
Jede der Spannungsquellen
In der dargestellten Anordnung weist der Computer
Die in der
Das Netzteil
Das Netzteil
Die Steuerschaltung
In der dargestellten Ausgestaltung umfassen die Schaltungen
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mikrocontroller
Schaltungen zum statischen Umschalten zwischen zwei Versorgungseingängen sind grundsätzlich als so genannte Static Transfer Switches (STS) bekannt. Die Steuerschaltung
Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Mikrocontroller
Das in der
Die
Jedes der Netzteile
Die Netzteile
Die in der
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 (10)
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---|---|---|---|
DE201110018920 DE102011018920A1 (en) | 2011-04-28 | 2011-04-28 | 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 |
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DE (1) | DE102011018920A1 (en) |
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2011
- 2011-04-28 DE DE201110018920 patent/DE102011018920A1/en not_active Withdrawn
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