DE202013012487U1

DE202013012487U1 - Backup-Stromversorgungsarchitektur für Rack-System

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Publication number: DE202013012487U1
Application number: DE202013012487.3U
Authority: DE
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Current assignee: Google LLC
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2017-01-23
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: CN104838331A; EP2929410A4; US20180018008A1; US10386907B2; DK2929410T3; EP2929410B1; WO2014089166A1; US9804654B2; EP2929410A1; US20140157008A1; CN104838331B

Abstract

Stromkreis zum Bereitstellen von Backup-Strom, der Folgendes umfasst:
eine Haupt-Busversorgung in Verbindung mit einer Haupt-Sammelschiene eines Computersystem-Racks und in Verbindung mit einem Computergerät, worin das Computergerät von der Haupt-Sammelschiene über die Haupt-Busversorgung mit Strom versorgt wird, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird;
eine Batterie;
einen Backup-Strompfad in Verbindung mit der Batterie und dem Computergerät;
einen gemeinsamen Strompfad in Verbindung mit dem Backup-Strompfad und der Haupt-Sammelschiene des Racks; und
einen Controller, worin bei Feststellung eines Wechselstromausfalls der gemeinsame Strompfad aktiviert wird;
der Controller ist derart konfiguriert, dass er den Backup-Strompfad aktiviert und die Haupt-Busversorgung deaktiviert, sodass die Batterie das Computergerät über den Backup-Strompfad mit Energie versorgt, worin die Haupt-Sammelschiene des Racks über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad mit Strom versorgt wird.

Description

HINTERGRUND
Betreiber großer Rechensysteme investieren bedeutende Summen in die Einrichtung und Instandhaltung der Ausrüstung, die für die Unterbringung der Computersysteme erforderlich ist. In einigen Rechensystemen können z. B. verschiedene Racks zur Installation von Computergeräten wie Festplatten oder ganzen Servern vorhanden sein. Diese Racks sind üblicherweise sehr kostspielig in der Anschaffung und in nur wenigen Standardgrößen erhältlich. Jedes Rack oder jede Rackgruppe wird normalerweise mit einer Backup-Stromversorgungsarchitektur versehen, damit die installierten Computergeräte im Falle eines Ausfalls der Wechselstromversorgung weiter mit Strom versorgt werden. Die Backup-Stromversorgungsarchitektur kann z. B. eine Gruppe von Batterien umfassen, die am selben Ort untergebracht werden, was die Energieübertragungseffizienz beeinträchtigen kann.
KURZDARSTELLUNG
Die Offenbarung bezieht sich auf ein Rack-System mit einer Backup-Stromversorgungsarchitektur, die den Backup-Strom zwischen Rack-Komponenten verteilt und überträgt. Ein Stromkreis für die Backup-Stromversorgung ist mit den im Rack installierten Computergeräten verbunden. Der Wechselstrom wird in das Rack geleitet und über Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt. Der Gleichstrom wird über die Haupt-Sammelschiene des Racks an jedes Computergerät geleitet. Der Backup-Strom ist nicht nur mit dem Eingang des Computergeräts verbunden, sondern auch mit der Haupt-Sammelschiene. Bei einem Wechselstromausfall wird ein Backup-Gleichstrompfad aktiviert, um das Computergerät mit Energie zu versorgen. Durch den Stromausfall wird zudem ein gemeinsamer Strompfad aktiviert, sodass Strom von der Backup-Batterie auch an die Haupt-Sammelschiene des Racks geleitet wird. Da die Haupt-Sammelschiene durch die Backup-Batterie während des Netzausfalls mit Strom versorgt wird, können andere Computergeräte im Rack, die nicht genügend Energie vom Backup-System erhalten, über die Haupt-Sammelschiene versorgt werden, bis die Wechselstromversorgung wieder hergestellt ist.
Ein Aspekt umfasst einen Backup-Stromkreis inklusive Hauptstromversorgungsbus in Verbindung mit einer Haupt-Sammelschiene eines Computersystem-Racks und in Verbindung mit einem Computergerät. Das Computergerät wird von der Haupt-Sammelschiene über den Haupt-Bus gespeist, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird. Zum Stromkreis gehören Batterie, ein Backup-Strompfad, der mit der Batterie und dem Computergerät verbunden ist, ein gemeinsamer Strompfad, der mit der Backup-Leitung und der Haupt-Sammelschiene des Racks verbunden ist, sowie ein Controller. Wird ein Wechselstromausfall festgestellt, wird der gemeinsame Strompfad aktiviert, der Controller öffnet die Backup-Stromleitung und deaktiviert die Haupt-Busversorgung, sodass die Batterie das Computergerät über den Backup-Strompfad versorgt. Der Strom wird von der Batterie über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad an die Haupt-Sammelschiene des Racks geleitet.
Ein anderer Aspekt umfasst einen Backup-Stromkreis für die Haupt-Busversorgung in Verbindung mit einer Haupt-Sammelschiene des Computer-Racks mit Verbindung zum Computergerät. Das Computergerät wird von der Haupt-Sammelschiene über den Haupt-Bus gespeist, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird. Zum System gehören eine Batterie, ein Backup-Strompfad, der mit Batterie und Computergerät verbunden ist, ein gemeinsamer Strompfad, der mit der Backup-Stromleitung und der Haupt-Sammelschiene des Racks verbunden ist sowie ein Controller, der so konfiguriert ist, dass ein Wechselstromausfall festgestellt wird. Der Controller ist so konfiguriert, dass er bei einem Wechselstromausfall die Backup-Stromleitung öffnet und die Haupt-Busversorgung deaktiviert, sodass die Batterie das Computergerät über die Backup-Stromleitung versorgt. Der gemeinsame Strompfad wird bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert, sodass Strom von der Batterie über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad an die Haupt-Sammelschiene des Racks geliefert wird.
Ein anderer Aspekt beschreibt eine Rackeinheit als ein Rack mit Ebenen für die Unterbringung eines oder mehrerer Computergeräte, die Haupt-Sammelschiene und einen Backup-Stromkreis in Verbindung mit einem ersten Computergerät, verbunden mit der Haupt-Busversorgung. Der Backup-Stromkreis umfasst eine Haupt-Busversorgung in Verbindung mit der Haupt-Sammelschiene und in Verbindung mit dem ersten Computergerät. Das erste Computergerät wird von der Hauptsammelschiene über die Haupt-Busversorgung gespeist, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird. Zum Backup-Stromkreis gehören auch eine Batterie, ein Backup-Strompfad, der mit der Batterie und dem ersten Computergerät verbunden ist, ein gemeinsamer Strompfad, der mit dem Backup-Strompfad und der Haupt-Sammelschiene verbunden ist sowie ein Controller. Bei einem Wechselstromausfall wird der gemeinsame Strompfad aktiviert, der Controller aktiviert den Backup-Strompfad und deaktiviert die Haupt-Busversorgung, sodass die Batterie das erste Computergeräts über den Backup-Strompfad mit Energie versorgt und die Haupt-Sammelschiene über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad versorgt wird. Ein zweites Computergerät wird über die Haupt-Sammelschiene mit Strom versorgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A–1B sind Beispieldiagramme für Rack-Architekturen, in Übereinstimmung mit den Aspekten der Offenbarung.
2 ist ein Beispieldiagramm für eine Stromversorgungsarchitektur, in Übereinstimmung mit den Aspekten der Offenbarung.
3A–3B sind Systemdiagramme für Beispielkomponenten.
4 ist eine schematische Darstellung in Übereinstimmung mit einer Implementierung.
5 ist funktionales Blockdiagramm in Übereinstimmung mit einer Implementierung.
6 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm in Übereinstimmung mit einer Implementierung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1A und 1B sind Beispiele für ein mobiles Rack-System. 1A zeigt ein Server-System 100 mit Mobile Rack 110 mit Rädern 112, verschiedene Regale 114 zur Installation von Komponenten, eine Rack-Überwachungseinheit (RMU) 118 zur Überwachung des Rackstatus, verschiedene Gleichrichter 124, eine Batterieversorgung 126, Batteriekästen 128, 129 und verschiedene Computerkomponenten 130–132. 1B ist ein Beispiel für Rack 110 von 1A, ohne Regale 114. 1B zeigt, dass das Rack 100 eine Haupt-Sammelschiene 134 beinhaltet.
Das Server-System 100 liefert Strom von einer Stromquelle an die Computerkomponenten. So kann z. B. jedes der Rack-Regale, auch wenn dies aus den FIGS. nicht ersichtlich ist, über die Haupt-Sammelschiene 134 mit einer Wechsel- oder Gleichstromquelle verbunden werden. Die Haupt-Sammelschiene 134 kann auch mit den einzelnen Rack-Regalen verbunden werden, um die Komponenten oder Batteriekästen mit Strom bzw. Daten zu versorgen.
2 ist ein Beispiel für eine Stromversorgungsarchitektur für das Server-System 100. Eine Wechselstromquelle 202 kann mit den Gleichrichtern 124 verbunden werden. In diesem Beispiel können die Gleichrichter 124 48-Volt-Gleichrichter von Wechselstrom auf Gleichstrom 204 umfassen. Die Gleichrichter 204 sind mit der Haupt-Sammelschiene 134 verbunden und versorgen eine Last 208 (darunter die Komponenten 130–132 aus 1A) mit Strom. Die Last 208 kann parallel mit verschiedenen unterbrechungsfreien Stromversorgungseinheiten (USV) 206 (d. h. Batteriekästen 128, 129 aus 1A) verbunden werden, die die Batterieversorgung 126 ausmachen.
Wie weiter oben beschrieben, kann die Last 208 verschiedene Komponenten umfassen. Geht man zurück zu 1A, wird ersichtlich, dass die Regale 114 im Rack 110 die Komponenten 130–132 unterbringen können. Zum Beispiel kann Komponente 130 ein spezielles Speichergerät sein, z. B. ein Datenspeicher, auf den ein Prozessor zugreifen kann, wie Festplatte, Speicherkarte, ROM, RAM, DVD, CD-ROM oder Solid-State-Drive.
In einem anderen Beispiel kann Komponente 131 eine vorprogrammierte Last sein, die aus der Haupt-Sammelschiene 134 Energie bezieht, um den Betrieb von System 100 zu prüfen.
In einem weiteren Beispiel, das in 3A veranschaulicht ist, kann Komponente 132 ein Computer sein, beinhaltend einen Prozessor 330, einen Speicher 340 und anderen Komponenten, die üblicherweise in Computern üblicherweise enthalten sind. In einem weiteren Beispiel kann Komponente 130 oder 131 einen Computer umfassen, der ähnlich wie Computer 132 mit einem Prozessor, Speicher und Anweisungen konfiguriert ist, oder ein spezieller Speicher sein. In diesem Zusammenhang können das Rack 110 und die Komponenten 130–132 einen Teil oder die gesamte Serveranordnung mit Lastenausgleich 350 aus 3B umfassen.
Die Serveranordnung 350 kann sich an einem Knoten eines Netzwerks 380 befinden und in der Lage sein, direkt oder indirekt mit anderen Knoten des Netzwerks 380 zu kommunizieren. Z. B. kann die Serveranordnung 350 Informationen mit verschiedenen Knoten des Netzwerks 380 austauschen, um Daten zu erhalten, zu verarbeiten oder an ein oder mehrere Client-Geräte 390–92 über das Netzwerk 380 zu übertragen. In diesem Zusammenhang kann die Serveranordnung 350 Informationen an einen Benutzer 395 senden, die dieser auf einem Display auf dem Client-Gerät 390 anzeigen kann. Die Client-Geräte 390–392 können sich an anderen Knoten des Netzwerks als die Computer, Speicher und anderen Geräte, einschließlich der Serveranordnung 350, befinden.
Die Serveranordnung 350 sowie die Client-Geräte 390–32 sind zur direkten und indirekten Kommunikation fähig, z. B. über das Netzwerk 380. Obwohl nur wenige Computer in 3B dargestellt sind, sollte klar sein, dass ein typisches System eine große Anzahl von verbundenen Computern umfassen kann, worin sich jeder dieser Computer an einem anderen Knoten des Netzwerks 380 befindet. Das Netzwerk 390 und dessen Knoten können verschiedene Konfigurationen und Protokolle einschließlich Internet, World Wide Web, Intranet, virtueller privater Netzwerke, WANs, lokaler Netzwerke, privater Netzwerke, die Kommunikationsprotokolle verwenden, die Eigentum eines oder mehrerer Unternehmen sind, Ethernet, WiFi (z. B. 802.11, 802.11b, g, n oder andere Standards), HTTP und verschiedene Kombinationen derselben umfassen. Eine solche Kommunikation kann von jedem Gerät ermöglicht werden, das in der Lage ist, Daten zu und von anderen Computern zu übertragen, wie Modems (z. B. Dial-up, Kabel oder Lichtwellenleiter) und drahtlose Schnittstellen.
4 zeigt einen Stromkreis 400 für die Backup-Stromversorgung von Komponenten in einem Rack-System in Übereinstimmung mit einigen Implementierungen. 5 zeigt ein Komponentensystem in einem Rack wie dieses oben mit Bezug auf 1A, 1B, 2 und 3A beschrieben wurde.
Stromkreis 400 umfasst ein Batteriepack 405, eine Ladeeinheit 410, ein logisches ODER-Gatter 415, ein logisches UND-Gatter 420, einen „ORing“-Controller 425, einen Hot-Swap-Kreis 430, einen Gleichspannungswandler 440 und vier Schalter 445A, 445B, 445C und 445D. In einigen Implementierungen können die Schalter 445A, 445B, 445C und 445D Hochspannungs-MOSFETs sein.
Der Hot-Swap-Kreis 430 umfasst einen Hot-Swap-Controller 432, einen Sense-Widerstand 434 und einen Schalter 436. Der Hot-Swap-Kreis 430 befindet auf einer Power-Busversorgung zwischen dem Gleichspannungswandler 440 und einem Knoten N. Der Hot-Swap-Kreis 430 steuert oder optimiert die Stromversorgung, indem er Stromkreis 400 vor unerwünschtem Einschaltstrom, Rückstrom und anderen potenziellen Kurzschlussursachen schützt. Der Hot-Swap-Kreis 430 ist besonders nützlich zur Vorbeugung gegen Schäden und Betriebsstörungen in Anwendungen, bei denen eine Linecard in eine stromführende Busplatine eingesetzt werden soll. Mit anderen Worten limitiert der Hot-Swap-Kreis 430 den Einschaltstrom von Stromkreis 400, wenn eine herausnehmbare Karte, auf der Stromkreis 400 liegt, in eine der Komponenten 130–132 in Rack 110 eingesetzt wird. Der Hot-Swap-Kreis 430 bietet dem Stromkreis 400 zudem Schutz vor Kurzschlüssen, wenn Stromkreis 400 in Betrieb ist.
Strom von den Gleichrichtern 204 wird einer Haupt-Busversorgung 455 über die Haupt-Sammelschiene 134 von Rack 110 geliefert, wenn Rack 110 mit Wechselstrom versorgt werden kann. Unter diesen Bedingungen steht ein „Gleichrichter Pgood“-Signal auf „wahr“, d. h. dass die Gleichrichter 204 funktionstüchtig sind und Stromkreis 400 von der Haupt-Sammelschiene 134 mit externem Strom versorgt wird. Schalter 445A liegt auf der Haupt-Busversorgung 455 zwischen der Haupt-Sammelschiene 134 von Rack 110 und Knoten N, und die Schalter 445C und 445D sind in Reihe auf einem gemeinsamen Strompfad 465 parallel zum Schalter 445A zwischen der Haupt-Sammelschiene 134 und Knoten N geschaltet.
Das Batteriepack 405 ist mit der Ladeeinheit 410 verbunden. Sowohl das Batteriepack 405 als auch die Ladeeinheit 410 können gemeinsam in einem modularen Batterieblock 412 installiert werden. Ein Ausgang des Hot-Swap-Kreises 430 liefert Strom an den Gleichspannungswandler 440 und die Ladeeinheit 410. Die Ladeeinheit 410 erhält das Gleichrichter-Pgood-Signal als aktivierendes Signal. Das Gleichrichter-Pgood-Signal ermöglicht der Ladeeinheit 410 das Aufladen von Batteriepack 405, wenn Stromkreis 400 von den Gleichrichtern 204 mit Strom versorgt wird, d. h. wenn das Gleichrichter-Pgood-Signal auf „wahr“ steht. Es kann vorkommen, dass Stromkreis 400 keinen Strom von den Gleichrichtern 204 erhält, falls es einen Wechselstromausfall gegeben hat. In diesem Fall schaltet das Gleichrichter-Pgood-Signal auf „falsch“ um, was die Ladeeinheit 410 deaktiviert. Die deaktivierte Ladeeinheit 410 lädt das Batteriepack 405 nicht weiter auf. Steht kein externer Strom zur Verfügung, liefert das Batteriepack 405 Strom an einen Backup-Strompfad 460. Schalter 445B liegt auf dem Backup-Strompfad 460 zwischen dem Batteriepack 405 und Knoten N.
Der ORing-Controller 425 überwacht die Haupt-Busversorgung 455 und den Backup-Strompfad 460. Entdeckt der ORing-Controller 425 eine höhere Spannung auf der Haupt-Busversorgung 455 im Vergleich zum Backup-Strompfad 460, wird Schalter 445A aktiviert und Schalter 445B deaktiviert. Die Haupt-Busversorgung 455 weist eine höhere Spannung als der Backup-Strompfad 460 auf, wenn Stromkreis 400 von den Gleichrichtern 204 mit Strom versorgt wird, d. h. wenn das Gleichrichter-Pgood-Signal auf „wahr“ steht. Wird Schalter 445A aktiviert, aktiviert sich der Gleichspannungswandler 440 über Strom aus der Haupt-Busversorgung 455 und über den Hot-Swap-Kreis 430. Der Strom aus dem Gleichspannungswandler 440 wird dann an die Komponente geliefert, die mit Stromkreis 400 verbunden ist. Zu Zwecken dieser Beschreibung wird Stromkreis 400 mit Komponente 130 verbunden. Durch Aktivierung des Gleichspannungswandlers 440 wird das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal auf „wahr“ gesetzt. In einigen Implementierungen kann die Funktion der Schalter 445A, 445C und 445D vom ORing-Controller 425 nach einer Modifikation des ORing-Controllers 425 übernommen werden, wodurch die Schalter 445A, 445C und 445D in Stromkreis 400 überflüssig werden.
Das Gleichrichter-Pgood-Signal und das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal sind beide Eingänge zum logischen ODER-Gatter 415. Der Ausgang des logischen ODER-Gatters 415 führt zum ORing-Controller 425. Der ORing-Controller 425 wird je nach Ausgang aus dem logischen ODER-Gatter 415 aktiviert, d. h. wenn entweder das Gleichrichter-Pgood-Signal oder das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal auf „wahr“ steht.
Das logische UND-Gatter 420 erhält als Eingänge das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal und ein umgekehrtes Gleichrichter-Pgood-Signal. Der Ausgang des logischen UND-Gatters 420 führt zu den Schaltern 445C und 445D, sodass die Schalter 445C und 445D aktiviert werden, wenn der Ausgang des logischen UND-Gatters 420 auf „wahr“ steht, d. h. wenn das Gleichrichter-Pgood-Signal auf „falsch“ steht und das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal auf „wahr“ steht. Die Schalter 445C und 445D werden deaktiviert, wenn der Ausgang des logischen UND-Gatters 420 auf „falsch“ steht, sodass ein Stromfluss in beide Richtungen auf dem gemeinsamen Strompfad 465 unterbunden wird.
Bei einem Wechselstromausfall liefern die Gleichrichter 204 keinen weiteren Strom an die Haupt-Busversorgung 455 über die Haupt-Sammelleiste 134. Der Stromausfall führt dazu, dass das Gleichrichter-Pgood-Signal auf „falsch“ umschaltet. Der Stromverlust aus der Haupt-Sammelschiene 134 kann dazu führen, dass die Spannung an der Haupt-Busversorgung 455 unter die Spannung des Backup-Strompfades 460 fällt. Der ORing-Controller 425 erkennt, dass die Spannung am Backup-Strompfad 460 höher ist als die Spannung an der Haupt-Busversorgung 455. Als Reaktion auf den festgestellten Spannungsverlust an der Haupt-Busversorgung 455 aktiviert der ORing-Controller 425 Schalter 445B und deaktiviert Schalter 445A.
Die Aktivierung von Schalter 445B führt dazu, dass Komponente 130, die über den Backup-Strompfad 460 und den Gleichspannungswandler 440 mit Stromkreis 400 verbunden ist, mit dem Strom aus Batteriepack 405 versorgt wird. Da der Gleichspannungswandler 440 aufgrund des ausreichenden Stroms, der dem Gleichspannungswandler 440 aus Batteriepack 405 zugeführt wird, aktiv bleibt, bleibt das Gleichspannungswandler Pgood-Signal auf „wahr“.
Die Aktivierung der Schalter 445C und 445D führt dazu, dass der Strom aus Batteriepack 405 über den Backup-Strompfad 460 auch zum gemeinsamen Strompfad 465 geleitet wird. Der Strom aus dem Backup-Strompfad 460 wird zur Haupt-Sammelschiene 134 geleitet, damit die anderen Komponenten 131 und 132 im Rack 110 mit Strom versorgt werden. Bei einem Backup-Versagen in Komponente 131 oder 132 werden die entsprechenden Schalter 445A, 445C oder 445D aktiviert, damit Stromkreis 400 mit Strom versorgt wird und der Strom an die Komponente ohne Backup-Strom weitergeleitet wird.
Das Batteriepack 405 versorgt Komponente 130, die mit Stromkreis 400 und der Haupt-Sammelschiene 134 verbunden ist, so lange mit Strom, bis die Wechselstromversorgung wiederhergestellt wurde und die Gleichrichter 204 erneut Stromkreis 400 mit Strom versorgen. Wird die Versorgung der Gleichrichter 204 mit Wechselstrom nicht zeitnah wiederhergestellt, kann die von Batteriepack 405 erzeugte Spannung so weit fallen, dass der Gleichspannungswandler 440 deaktiviert wird und das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal auf „falsch“ umschaltet. Das Gleichspannungswandler-Pgood-Signal „falsch“ führt dazu, dass der Schalter 445C deaktiviert wird. Dadurch wird verhindert, dass das Batteriepack 405 die Haupt-Sammelschiene 134 über den gemeinsamen Strompfad 465 mit Strom versorgt.
Tabelle I ist ein Logik-Diagramm, das den Status des ORing-Controllers 425, der Ladeeinheit 410 und des gemeinsamen Strompfads 465 im Verhältnis zum Status des Gleichrichter-Pgood-Signals und des Gleichspannungswandler-Pgood-Signals wiedergibt. „X“ bedeutet „egal“, „T“ bedeutet das Signal steht auf „wahr“, „F“ bedeutet das Signal steht auf „falsch“, „Y“ heißt „ja“ und „N“ heißt „nein“. Tabelle I

Gleichrichter Pgood Gleichspan nungswandl er Pgood ORing- Controlleraktiviert? Ladegerät aktiviert? Gemeinsame r Strompfad aktiviert?

T X Y Y N

F T Y N Y
Ein signifikanter Spannungsabfall des Batteriepacks 405, d. h. eine mehr als um 1 Volt höhere Spannung am Haupt-Strompfad 455 als am Backup-Strompfad 460 kann dazu führen, dass der ORing-Controller 425 eine höhere Spannung an der Haupt-Busversorgung 455 identifiziert. Als Reaktion auf die höhere Spannung an der Haupt-Busversorgung 455 kann der ORing-Controller 425 Schalter 445A aktivieren und Schalter 445B deaktivieren. Unter diesen Bedingungen kann die Haupt-Busversorgung 455 Strom aus Stromkreisen erhalten, die mit den anderen Komponenten 131 und 132 in Rack 110 verbunden sind, oder aus der Batterieversorgung 126 über die Haupt-Sammelschiene 134. Die mit den anderen Komponenten 131 und 132 verbundenen Stromkreise verfügen möglicherweise über Batteriepacks, die noch nicht so weit entladen sind, dass kein Strom mehr über die gemeinsamen Strompfade in den Stromkreisen, die mit den Komponenten 131 und 132 verbunden sind, an die Haupt-Sammelschiene 134 geliefert werden kann.
Bezugnehmend auf 5 erhalten die Gleichrichter 204 in einem Rack 110 während des normalen Betriebs Wechselstrom aus einer externen Quelle. Die Gleichrichter 204 wandeln den Wechselstrom in Gleichstrom um und leiten den Gleichstrom an die Haupt-Sammelschiene 134. Die Haupt-Sammelschiene 134 verteilt den Gleichstrom über den jeweiligen Stromkreis 400 an die Komponenten 130, 131 und 132 weiter.
Bei einem Stromausfall wird kein Gleichstrom von den Gleichrichtern 204 erzeugt. Die Backup-Batterie eines jeden Stromkreises 400 versorgt die entsprechende Komponente 130, 131 oder 132 mit Strom. Gleichstrom kann auch von der Batterie des Stromkreises 400 an die Haupt-Sammelschiene 134 geliefert werden, sodass andere Komponenten, die mit der Haupt-Sammelschiene 134 verbunden sind, Backup-Strom erhalten, auch wenn die Backup-Batterie in Verbindung mit dieser speziellen Komponente entladen ist.
6 ist ein beispielhaftes Flussdiagramm, das eine Methode aufzeigt, wie rackmontierte Computergeräte mit Backup-Strom versorgt werden können, in Übereinstimmung mit einer Implementierung. Die Methode kann über einen Stromkreis umgesetzt werden, der mit einem Computergerät verbunden ist. Die Computergeräte und entsprechenden Stromkreise zur Bereitstellung von Backup-Strom können im Rack untergebracht werden. Im Rack sind üblicherweise Gleichrichter vorhanden, die Wechselstrom aus einer externen Quelle beziehen und diesen Wechselstrom in Gleichstrom umwandeln. Der Gleichstrom wird dann von den Gleichrichtern an eine Haupt-Sammelschiene des Racks geleitet. Jedes Computergerät ist mit der Haupt-Sammelschiene verbunden, damit es den Gleichstrom für seinen Betrieb erhält. Die Verarbeitung beginnt, wenn der Gleichstrom von den Gleichrichtern im Rack über die Haupt-Sammelschiene (Block 600) den Stromkreis erreicht.
Strom wird von der Haupt-Sammelschiene über eine Haupt-Busversorgung im Stromkreis (Block 605) an das Computergerät geliefert. Ein Stromkreis-Controller überwacht die Haupt-Busversorgung und einen Backup-Strompfad. Sollte die Haupt-Busversorgung eine höhere Spannung aufweisen als der Backup-Strompfad, aktiviert der Controller die Haupt-Busversorgung und deaktiviert den Backup-Strompfad. Die Haupt-Busversorgung hat typischerweise eine höhere Spannung als der Backup-Strompfad, wenn die Gleichrichter mit Wechselstrom versorgt werden und der Stromkreis über die Haupt-Sammelschiene mit ausreichend Gleichstrom versorgt wird. Die Haupt-Busversorgung hat bei einem Wechselstromausfall üblicherweise eine niedrigere Spannung als der Backup-Strompfad.
Es wird festgestellt, ob ein Wechselstromausfall stattgefunden hat (Block 610). Ein Wechselstromausfall kann aufgrund eines Problems im örtlichen Stromnetz auftreten, z. B. bei einem Defekt der Stromleitungen. Weitere Beispiele für Ursachen für einen Wechselstromausfall sind, wenn ein Stromkabel des Racks aus der Steckdose gezogen wird, oder wenn elektronische Geräte übermäßigen Strom verbrauchen, die mit derselben Sicherung verbunden sind wie das Rack. Der Wechselstromausfall führt dazu, dass die Gleichrichter keinen weiteren Gleichstrom erzeugen. Es werden auch die Batterien im Stromkreis nicht weiter aufgeladen, wenn ein Wechselstromausfall festgestellt wurde. Hat kein Wechselstromausfall stattgefunden, kehrt die Verarbeitung zu Block 600 zurück, andernfalls geht die Verarbeitung auf Block 615 über.
Die Haupt-Busversorgung wird bei Feststellung des Wechselstromausfalls deaktiviert (Block 615). Der Controller kann die Haupt-Busversorgung deaktivieren, wenn die Spannung an der Haupt-Busversorgung auf ein Niveau sinkt, das niedriger ist als die Spannung des Backup-Strompfads. Die Spannung am Backup-Strompfad ist im Wesentlichen dieselbe wie die Spannung der Backup-Batterie zum Zeitpunkt des Wechselstromausfalls. Der Controller kann die Haupt-Busversorgung durch Deaktivierung eines Schalters deaktivieren, wie z. B. eines Hochspannungs-MOSFET an der Haupt-Busversorgung.
Der Backup-Strompfad wird aktiviert und das Computergerät, das über den Backup-Strompfad mit dem Stromkreis verbunden ist, wird mit Backup-Strom versorgt (Block 620). Der Backup-Strompfad wird vom Controller aktiviert, wenn die Spannung an der Haupt-Busversorgung unter die Spannung des Backup-Strompfads fällt. Der Controller kann den Backup-Strompfad durch Aktivierung eines Schalters aktivieren, wie z. B. eines Hochspannungs-MOSFET am Backup-Strompfad. Das Computergerät kann dann mit Spannung aus der Batterie des Stromkreises versorgt werden.
Der gemeinsame Strompfad wird ebenfalls bei Feststellung eines Wechselstromausfalls aktiviert, sodass Backup-Strom von der Batterie an die Haupt-Sammelschiene des Racks geliefert wird (Block 625). Der gemeinsame Strompfad kann durch Aktivierung eines Schalters aktiviert werden, wie z. B. eines Hochspannungs-MOSFET am gemeinsamen Strompfad. Der gemeinsame Strompfad ermöglicht es, Strom von der Batterie über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad an die Haupt-Sammelschiene des Racks zu liefern. Während des Wechselstromausfalls liefert die Batterie demnach der Komponente, mit der sie über den Backup-Strompfad verbunden ist, sowie den anderen Komponenten im Rack über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad Strom.
Es wird festgestellt, ob die Batterie, die den Backup-Strom liefert, sich bis unter eine Schwellenspannung entladen hat (Block 630). Die Schwellenspannung kann auf einen Wert eingestellt werden, unter dem die Batterie dem mit dem Stromkreis verbundenen Computergerät nicht mehr genug Strom liefern kann. Die Schwellenspannung wird vom Controller eingestellt. Kann die Batterie das Computergerät nicht mit Strom versorgen, kann Strom aus den Backup-Batterien anderer Stromkreise, die mit anderen Computergeräten im Rack verbunden sind, bezogen werden, oder von einer Batterieversorgung im Rack, die jedem Computergerät im Rack Strom liefern kann. Hat sich die Batterie nicht bis unter den Schwellenwert entladen, geht die Verarbeitung auf Block 650 über. Hat sich die Batterie bis unter den Schwellenwert entladen, geht die Verarbeitung auf Block 635 über.
Der gemeinsame Strompfad und der Backup-Strompfad werden deaktiviert, wenn sich die Batterie bis unter die Schwellenspannung entladen hat (Block 635). Der Controller kann den Spannungsabfall auf dem Backup-Strompfad entdecken und daraufhin den gemeinsamen Strompfad und den Backup-Strompfad deaktivieren, indem ein Schalter im entsprechenden Pfad deaktiviert wird. Wenn der Backup-Strompfad deaktiviert wird, wird kein weiterer Strom von der Batterie an das mit dem Stromkreis verbundene Computergerät geliefert. Zudem verhindert die Deaktivierung des gemeinsamen Strompfads und des Backup-Strompfads, dass Strom aus der Batterie an die Haupt-Sammelschiene des Racks geliefert wird.
Die Haupt-Busversorgung wird vom Controller aktiviert und die Haupt-Sammelschiene erhält Backup-Strom (Block 640). Der Controller kann feststellen, dass die Spannung am Backup-Strompfad auf ein Niveau gesunken ist, das niedriger ist als die Spannung an der Haupt-Sammelschiene. Als Reaktion auf die niedrigere Spannung am Backup-Strompfad aktiviert der Controller die Haupt-Busversorgung durch Aktivierung eines Schalters auf der Haupt-Busversorgung.
Das Computergerät wird von der Haupt-Sammelschiene über die Haupt-Busversorgung mit dem Backup-Strom versorgt (Block 645). Zumindest einige der Stromkreise, die mit den anderen Computergeräten im Rack verbunden sind, können Backup-Batterien aufweisen, die noch nicht entladen sind. Dementsprechend liefern diese Batterien der Haupt-Sammelschiene des Racks Backup-Strom. Dieser Backup-Strom kann der Haupt-Busversorgung eines jeden Stromkreises mit entladener Batterie zur Verfügung gestellt werden. In einigen Implementierungen kann auch eine Batterieversorgung im Rack die Computergeräte bei einem Wechselstromausfall über die Haupt-Sammelschiene mit Strom versorgen.
Es wird festgestellt, ob die Wechselstromversorgung wiederhergestellt wurde (Block 650). Die Wechselstromversorgung kann wiederhergestellt werden, indem die Ursachen für den Stromausfall behoben werden. Wurde die Wechselstromversorgung wiederhergestellt, geht die Verarbeitung auf Block 600 über. Hält der Wechselstromausfall an, kehrt die Verarbeitung zu Block 630 zurück. Das Computergerät kann weiterhin Backup-Strom von der Batterie erhalten und der Stromkreis kann die Haupt-Sammelschiene des Racks weiter mit Backup-Strom versorgen. Entlädt sich die Batterie, kann das Computergerät Backup-Strom von den Backup-Batterien anderer Stromkreise erhalten, die mit anderen Geräten im Rack verbunden sind. Der Backup-Strom wird so lange übertragen und an die Computergeräte im Rack verteilt, bis die Wechselstromversorgung wiederhergestellt wurde oder bis alle Backup-Batterien im Rack entladen sind.
Wie oben bereits beschrieben, wird eine Backup-Stromversorgungsarchitektur für ein Rack-System mit verschiedenen Komponenten in einem Rack bereitgestellt. Das Rack liefert üblicherweise Strom aus Gleichrichtern über eine Haupt-Sammelschiene an die Komponenten. Unter normalen Betriebsbedingungen liefert die Haupt-Sammelschiene jeder Komponente über eine Haupt-Busversorgung eines Stromkreises, der mit der Komponente verbunden ist, Strom. Bei einem Stromausfall wird die Haupt-Busversorgung deaktiviert und ein Backup-Strompfad des Stromkreises wird aktiviert. Der Komponente wird über den Backup-Strompfad Backup-Strom aus einer Batterie des Stromkreises geliefert. Durch den Stromausfall wird zudem ein gemeinsamer Strompfad aktiviert, sodass Backup-Strom von der Batterie auch an die Haupt-Sammelschiene des Racks geleitet werden kann. Indem die Haupt-Sammelschiene mit Backup-Strom versorgt wird, können andere Komponenten im Rack, die nicht genügend Backup-Strom haben, über die Haupt-Sammelschiene Strom von den Batterien anderer Komponenten erhalten, bis die Wechselstromversorgung wiederhergestellt ist.
Auch wenn diese und andere Variationen und Kombinationen der oben beschriebenen Merkmale verwendet werden können, ohne vom in den Ansprüchen definierten Gegenstand abzuweichen, ist die vorstehende Beschreibung der Implementierungen lediglich als Veranschaulichung und nicht als Einschränkung des in den Ansprüchen definierten Gegenstands anzusehen. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die genannten Beispiele (sowie Formulierungen wie „zum Beispiel”, „einschließlich” und dergleichen) keine Beschränkung des beanspruchten Gegenstands auf die genannten Beispiele darstellen sollen; vielmehr sollen die Beispiele nur eine von vielen möglichen Implementierungen veranschaulichen. Ferner können dieselben Referenznummern in unterschiedlichen Zeichnungen dieselben oder ähnliche Elemente identifizieren.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung findet breite industrielle Anwendung, zum Beispiel in rackmontierten Computersystemen mit Backup-Stromversorgung.

Claims

Stromkreis zum Bereitstellen von Backup-Strom, der Folgendes umfasst: eine Haupt-Busversorgung in Verbindung mit einer Haupt-Sammelschiene eines Computersystem-Racks und in Verbindung mit einem Computergerät, worin das Computergerät von der Haupt-Sammelschiene über die Haupt-Busversorgung mit Strom versorgt wird, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird; eine Batterie; einen Backup-Strompfad in Verbindung mit der Batterie und dem Computergerät; einen gemeinsamen Strompfad in Verbindung mit dem Backup-Strompfad und der Haupt-Sammelschiene des Racks; und einen Controller, worin bei Feststellung eines Wechselstromausfalls der gemeinsame Strompfad aktiviert wird; der Controller ist derart konfiguriert, dass er den Backup-Strompfad aktiviert und die Haupt-Busversorgung deaktiviert, sodass die Batterie das Computergerät über den Backup-Strompfad mit Energie versorgt, worin die Haupt-Sammelschiene des Racks über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad mit Strom versorgt wird.
Stromkreis nach Anspruch 1, worin die Haupt-Busversorgung einen Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls deaktiviert wird.
Stromkreis nach Anspruch 1, worin der Backup-Strompfad einen Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird.
Stromkreis nach Anspruch 1, worin der gemeinsame Strompfad mindestens einen Schalter umfasst, der bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird.
Stromkreis nach Anspruch 1, worin der Controller derart konfiguriert ist, dass er den Wechselstromausfall feststellen kann.
Stromkreis nach Anspruch 5, worin der Controller für die Überwachung der Haupt-Busversorgung und des Backup-Strompfads konfiguriert ist und den Wechselstromausfall feststellt, wenn die Spannung an der Haupt-Busversorgung niedriger ist als die Spannung am Backup-Strompfad.
Stromkreis nach Anspruch 6, worin, sollte der Controller feststellen, dass die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, der gemeinsame Strompfad und der Backup-Strompfad deaktiviert werden und die Haupt-Busversorgung aktiviert wird, sodass das Computergerät mit Backup-Strom aus der Haupt-Sammelschiene versorgt wird, worin die Haupt-Sammelschiene mit Backup-Strom aus einem anderen Stromkreis, der mit einem anderen Computergerät verbunden ist, versorgt wird.
Stromkreis nach Anspruch 7, worin die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, da die Batterie entladen ist.
System zum Bereitstellen von Backup-Strom, das folgende Komponenten umfasst: eine Haupt-Busversorgung in Verbindung mit einer Haupt-Sammelschiene eines Computersystem-Racks und in Verbindung mit einem Computergerät, worin das Computergerät von der Haupt-Sammelschiene über die Haupt-Busversorgung mit Strom versorgt wird, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird; eine Batterie; einen Backup-Strompfad in Verbindung mit der Batterie und dem Computergerät; einen gemeinsamen Strompfad in Verbindung mit dem Backup-Strompfad und der Haupt-Sammelschiene des Racks; und einen Controller, der für die Feststellung eines Wechselstromausfalls konfiguriert ist, worin der Controller bei Feststellung eines Wechselstromausfalls so konfiguriert ist, dass dieser den Backup-Strompfad aktiviert und die Haupt-Busversorgung deaktiviert, sodass die Batterie das Computergerät über den Backup-Strompfad mit Energie versorgt, worin der gemeinsame Strompfad bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird, sodass Strom von der Batterie über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad an die Haupt-Sammelschiene des Racks geliefert wird.
System nach Anspruch 9, worin der Controller für die Überwachung der Haupt-Busversorgung und des Backup-Strompfads konfiguriert ist und den Wechselstromausfall feststellt, wenn die Spannung an der Haupt-Busversorgung niedriger ist als die Spannung am Backup-Strompfad.
System nach Anspruch 10, worin, sollte der Controller feststellen, dass die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, der gemeinsame Strompfad und der Backup-Strompfad deaktiviert werden und die Haupt-Busversorgung aktiviert wird, sodass das Computergerät mit Backup-Strom aus der Haupt-Sammelschiene versorgt wird, worin die Haupt-Sammelschiene mit Backup-Strom aus einem anderen Stromkreis, der mit einem anderen Computergerät verbunden ist, versorgt wird.
System nach Anspruch 11, worin die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, da die Batterie entladen ist.
System nach Anspruch 9, worin: die Haupt-Busversorgung einen ersten Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls deaktiviert wird, der Backup-Strompfad einen zweiten Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird, und der gemeinsame Strompfad mindestens einen dritten Schalter umfasst, der bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird.
System nach Anspruch 13, worin jeder Schalter ein MOSFET ist.
Rackeinheit, umfassend: ein Rack mit Regalen zur Unterbringung eines oder mehrerer Computergeräte; eine Haupt-Sammelschiene; und einen Backup-Stromkreis in Verbindung mit einem ersten Computergerät und in Verbindung mit der Haupt-Sammelschiene, worin der Backup-Stromkreis folgendes umfasst: eine Haupt-Busversorgung in Verbindung mit der Haupt-Sammelschiene und in Verbindung mit dem ersten Computergerät, worin das erste Computergerät von der Haupt-Sammelschiene über die Haupt-Busversorgung mit Strom versorgt wird, wenn das Rack mit Wechselstrom versorgt wird; eine Batterie; einen Backup-Strompfad in Verbindung mit der Batterie und dem ersten Computergerät; einen gemeinsamen Strompfad in Verbindung mit dem Backup-Strompfad und der Haupt-Sammelschiene; und einen Controller, worin, wenn ein Wechselstromausfall festgestellt wird, der gemeinsame Strompfad aktiviert wird, der Backup-Strompfad vom Controller aktiviert wird und die Haupt-Busversorgung vom Controller deaktiviert wird, sodass die Batterie das erste Computergerät über den Backup-Strompfad mit Energie versorgt und die Haupt-Sammelschiene über den Backup-Strompfad und den gemeinsamen Strompfad versorgt, worin ein zweites Computergerät über die Haupt-Sammelschiene mit Strom versorgt wird.
Rackeinheit nach Anspruch 15, worin der Controller für die Feststellung des Wechselstromausfalls konfiguriert ist.
Rackeinheit nach Anspruch 16, worin der Controller für die Überwachung der Haupt-Busversorgung und des Backup-Strompfads konfiguriert ist und den Wechselstromausfall feststellt, wenn die Spannung an der Haupt-Busversorgung niedriger ist als die Spannung am Backup-Strompfad.
Rackeinheit nach Anspruch 17, worin, sollte der Controller feststellen, dass die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, der gemeinsame Strompfad und der Backup-Strompfad deaktiviert werden und die Haupt-Busversorgung aktiviert wird, sodass das erste Computergerät mit Backup-Strom aus der Haupt-Sammelschiene versorgt wird, worin die Haupt-Sammelschiene mit Backup-Strom aus einem anderen Stromkreis, der mit der Haupt-Sammelschiene und einem dritten Computergerät verbunden ist, versorgt wird.
Rackeinheit nach Anspruch 18, worin die Spannung an der Haupt-Busversorgung höher ist als die Spannung am Backup-Strompfad, da die Batterie entladen ist.
Rackeinheit nach Anspruch 15, worin: die Haupt-Busversorgung einen ersten Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls deaktiviert wird, der Backup-Strompfad einen zweiten Schalter umfasst, der vom Controller bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird, und der gemeinsame Strompfad mindestens einen dritten Schalter umfasst, der bei Feststellung des Wechselstromausfalls aktiviert wird.