MXPA06010362A

MXPA06010362A - Sistema de fuente de poder mas compacto y con mayor confiabilidad.

Info

Publication number: MXPA06010362A
Application number: MXPA06010362A
Authority: MX
Inventors: Marcel Pierre Joseph Gaudreau; Peter Andrew Dandridge; Michael Alan Kempkes; Jeffrey Allen Casey
Original assignee: Diversified Technologies Inc
Priority date: 2004-02-18
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2007-04-13
Also published as: US20050180181A1; CA2531127C; US7498695B2; KR20070024492A; CA2531155C; EP1716625A2; WO2005079520A3; EP1716625A4; EP1716628A4; CA2531155A1; MXPA06010361A; US20070052296A1; US7498693B2; WO2005079520A2; WO2005079518A3; KR20070024493A; CA2531127A1; EP1716628A2; WO2005079518A2

Abstract

Esta invencion se enfoca a un sistema de fuente de poder mas compacto y con mayor confiabilidad para cargas de computo, el sistema incluye un bus (barra conectora de electricidad) CC de alto voltaje conectado a un numero de fuentes CC, cada una conectada al bus CC de alto voltaje por medio de un interruptor configurado para suministrar al bus CC de alto voltaje la fuente CC con el voltaje CC mas alto, un bus CC de bajo voltaje conectado a las cargas de computo y un suministro de energia que incluye un numero de convertidores CC/CC conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje y el bus CC de bajo voltaje, y un controlador configurado para modular cada convertidor CC/CC para convertir el alto voltaje en el bus CC de alto voltaje a una salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje.

Description

SISTEMA DE FUENTE DE PODER MAS COMPACTO Y CON MAYOR CONFIABILIDAD CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a un sistema de fuente de poder con mayor confiabilidad para suministrar el poder CC de bajo voltaje a las cargas de cómputo desde una fuente de poder CC de alto voltaje, ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En una instalación típica de un sistema de telecomunicaciones, sisteme de comunicaciones de datos, equipo de computadora, servidores, y similares, casi siempre se suministra el poder por medio de un sistema de batería masivo de almacenamiento recargable con suficiente capacidad para portar el sistema a través de cualquier interrupción o corte de poder. El sistema de batería se une completamente con la suma de voltajes de celdas individuales y se unen completamente cualquiera de las interrupciones de poder primarias. Por consiguiente, se absorbe completamente cualquier onda de frecuencia de línea de poder que provenga de la fuente externa. El sistema de batería puede suministrar aL equipo con el voltaje CC y puede aislar completamente cualquier equipo acoplado al mismo de cortes del servicio público, onda, y otros problemas con la fuente de poder externa. Se mantiene reducido el derrame de la batería por medio de una corriente de carga que se suministra continuamente desde una fuente CA de alto voltaje externa, tal como una línea central de servicio público o un suministro de poder sin interrupciones (UPS) . El sistema selecciona entre la fuente de servicio público o el UPS con un interruptor de transferencia estática. Posteriormente, se le da entrada a la salida CA de alto voltaje del interruptor de transferencia estática a un dispositivo rectificador/transformador que suministra la corriente de carga necesaria. Sin embargo, los interruptores de transferencia estática convencionales y dispositivos rectificadores/transformadores no proveen típicamente capacidad de redundancia alguna. Por consiguiente, la falla de uno de los componentes de estos dispositivos requiere desconectar el dispositivo para reemplazar el componente dañado. Debido a que ya no se está cargando el sistema de batería, este puede sostener solamente el sistema por un número de horas limitado, por lo que después de dicha falla de la batería, se podrá suministrar el poder. Los sistemas de batería convencionales distribuyen típicamente el poder CC en voltajes cercanos a los voltajes de aplicación finales. Ya que las pérdidas son proporcionales a los tiempos elevados al cuadrado de corriente, la resistencia (I2R) , manteniendo las pérdidas I2R reducidas, requiere de sistemas de batería convencionales que empleen sistemas de distribución de corriente de barra de bus (barra conectora de electricidad) , que no son reconfigurables fácilmente, y que son costosos y voluminosos para portar el poder CC debajo voltaje de alta corriente cercano al punto de uso. Anteriormente, los sistemas convencionales basados en batería han sido adecuados. Sin embargo, la creciente demanda actual de comunicaciones de datos y servicios de cómputo hacen que los cortes de suministro de los sistemas de batería sean evidentes. Los sistemas anteriores basados en la batería son costosos, voluminosos, inflexibles y ocupen mucho espacio. Adicionalmente, los peligros ambientales asociados con el desperdicio tóxico creados durante la fabricación de la batería y los desechos sean cada vez más intolerables. Actualmente, la distribución de poder CC de alto voltaje ha sido poco práctica debido a la falta de un convertidor de voltaje CC-CC pequeño y económico. Se han utilizado los enormes convertidores Ultra HVDC (CC de alto voltaje) por muchos años, pero requieren de instalaciones gigantescas y son completamente inapropiados para reducir la distribución de poder CC en voltajes de distribución comunes necesarios para un sistema de telecomunicaciones o un sistema de comunicación de datos.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, es objeto de esta invención proveer un sistema de fuente de poder más compacto y con mayor confiabilidad para las cargas de cómputo. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que provea CC de bajo voltaje sin necesidad de un sistema de batería central costoso y voluminoso. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que elimina la necesidad de un sistema de distribución de corriente de barra-bus costoso, inflexible, y voluminoso. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder en CC de bajo voltaje que puede suministrarse cerca del punto de intención de uso. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que provea las capacidades de redundancia para mejorar la confiabilidad. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder, en el cual los componentes primarios del sistema puedan removerse, reemplazarse, o agregarse al sistema mientras el mismo esté funcionando. Es un objeto adicional de esta invención proveer , dicho sistema de fuente de poder en el cual los componentes primarios se puedan intercambiar. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que mejore la relación del voltaje de distribución para el voltaje de aplicación final. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder gue sea menos costoso. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que utilice menos espacio. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que pueda reconfigurarse fácilmente, tanto física corno eléctricamente. Es un objeto adicional de esta invención proveer dicho sistema de fuente de poder que elimine los problemas ambientales tóxicos asociados con la utilización de un • sistema basado en batería. Esta invención resulta de la realización de un sistema de fuente de poder más compacto y con mayor confiabilidad para proveer el voltaje CC debajo voltaje a las cargas de cómputo que puedan verse afectadas por la combinación única de un bus CC de alto voltaje que se conecta a un número de fuentes CC, las cuales están conectadas cada una al bus CC de alto voltaje por medio de un interruptor que suministra la fuente CC con mayor voltaje al bus CC de alto voltaje, un bus CC de bajo voltaje conectado a las cargas de cómputo, y un suministro de energía que incluye un número de convertidores CC/CC conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje y el bus CC de bajo voltaje que incluye un controlador para modular cada uno de los convertidores CC/CC para convertir el alto voltaje en el bus CC de alto voltaje a una salida de CC debajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje. Sin embargo, en otras modalidades, la invención sujeto necesita lograr todos estos objetivos y no deberán limitarse las reivindicaciones de la presente invención a estructuras y métodos capaces de lograr estos objetivos. Esta invención se caracteriza por un sistema de fuente de poder más compacto con mayor confiabilidad para cargas de cómputo, el sistema incluye un bus CC de alto voltaje conectado a un número de fuentes CC, cada una conectada al bus CC de alto voltaje por medio de un interruptor configurado para suministrar el poder CC del bus CC de alto voltaje con voltaje CC mayor, un bus CC de bajo voltaje conectado a las cargas de cómputo, y un suministro de energía que incluye un número de convertidores CC/CC conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje y el bus CC debajo voltaje, y un controlador configurado para modular cada convertidor CC/CC para convertir el alto voltaje en el bus CC de alto voltaje a una salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje. En una modalidad, el interruptor puede incluir un diodo. El suministro de energía puede incluir una pluralidad de módulos de suministro de energía para que cada uno incluya una pluralidad de convertidores CC/CC y un controlador. Puede configurarse cada convertidor CC/CC como un convertidor de transferencia con un interruptor disparado por medio del controlador para modular el convertidor CC/CC. Cada convertidor CC/CC puede incluir un inversor, un transformador, y un rectificador, en el cual se cicla el inversor por medio del controlador para modular el convertidor CC/CC. Puede configurarse el controlador para pasmar el tiempo del interruptor de cada convertidor CC/CC para reducir la onda en el bus CC debajo voltaje. El controlador puede responder a una entrada de señal predeterminada y programarse para abrir el interruptor de cada convertidor CC/CC en respuesta a la señal predeterminada. Puede configurarse el controlador para pasmar el tiempo del inversor de cada convertidor CC/CC para reducir la onda en el bus CC de bajo voltaje. El controlador puede responder a una entrada de señal predeterminada y programarse para abrir el inversor de cada convertidor CC/CC en respuesta a una señal predeterminada. Cada módulo de suministro de energía puede incluir un fusible entre la pluralidad de convertidores CC/CC y el bus CC de bajo voltaje diseñados para fallar a un nivel de corriente mayor que la salida de corriente determinada del módulo de suministro de energía. Puede configurarse el controlador para determinar un voltaje de salida deseado en base a la salida de corriente por medio del módulo de suministro de energía. El controlador puede incluir un regulador de voltaje de conmutación configurado para comparar un voltaje de salida del sistema deseado con la salida del nivel de voltaje por medio del módulo de suministro de energía y para ajustar la salida de voltaje de cada convertidor CC/CC de tal forma que la salida del módulo de suministro de energía sea igual aproximadamente al voltaje de salida del sistema deseado. El regulador de voltaje de conmutación puede ajustar la salida de voltaje para cada uno de los convertidores CC/CC que utilizan la modulación. El controlador de cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía puede utilizar la seudo- impedancia para proveer la carga autónoma compartida de la pluralidad de módulos de suministro de energía. La salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje puede estar dentro del rango de 6V CC a 48V CC aproximadamente. La salida de bajo voltaje en el voltaje de bus CC de bajo voltaje puede ser de 48V CC aproximadamente. Puede configurarse además el controlador para dar salida a una señal de error en respuesta a una señal predeterminada. El controlador puede incluir además un circuito de determinación predeterminado para generar la señal predeterminada. Cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía puede incluir un sistema de enfriamiento. El circuito de detección predeterminada puede generar una señal predeterminada cuando un módulo de suministro de energía exceda una temperatura predeterminada. El convertidor de transferencia puede incluir un capacitor de entrada, un capacitor de salida, un inductor, y el interruptor. La relación del alto voltaje en el bus CC de alto voltaje paira el bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje puede estar en el rango 1.1:1 a 1000:1 aproximadamente. La relación de alto voltaje en el bus CC de alto voltaje párale bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje puede estar en 10:1 aproximadamente. La relación de alto voltaje en el bus CC de alto voltaje para el bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje puede estar en 2:1 aproximadamente. Puede alojarse el suministro de energía en un gabinete. Cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía puede configurarse como un cajón removible. Pueden colocarse los cajones removibles en un gabinete. Cada cajón removible puede incluir una pluralidad de conectores de diferente longitud que se conecten eléctricamente al número de convertidores CC/CC al módulo de suministro de energía para el bus CC de alto voltaje a diferentes tiempos para reducir la descarga eléctrica. Cada uno de los convertidores puede incluir un material resistente a la misma para reducir la descarga eléctrica al momento de conectar el módulo de suministro de energía al bus CC de alto voltaje. Cada cajón removible puede incluir un contacto auxiliar conectador por medio de una resistencia auxiliar por separado o red de impedancia supresora de chispas para reducir aún más la descarga eléctrica. Los cajones removibles pueden tener la capacidad de removerse, reemplazarse, o agregarse mientras el sistema esté funcionando. Cada cajón puede incluir un número de ventiladores de enfriamiento y puertos de escape para enfriar- los módulos de suministro de energía. Pueden ajustarse los componentes para cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía para maximizar la eficiencia de enfriamiento. Pueden seleccionarse las cargas de cómputo del grupo consistente de: un sistema de telecomunicaciones, un sistema de comunicación de datos, un sistema de cómputo, y periferias de cómputo. El suministro de energía puede incluir un número redundante de módulos de suministro de energía.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se les ocurrirán otros objetos, características y ventajas a aquellos expertos en la técnica considerando la siguiente descripción de una modalidad de preferencia, así como de las figuras anexas, en las cuales: La figura 1 es un diagrama en bloques esquemático de un sistema de batería convencional típico para suministrar la CC de bajo voltaje para las cargas de cómputo. La figura 2 es un diagrama en blogues esguemático de una modalidad del sistema de fuente de poder más compacto y con mayor confiabilidad de esta invención. La figura 3 es un diagrama en blogues esquemático que muestra los componentes de una modalidad del suministro de energía mostrada en la figura 2. La figura 4 es un diagrama en bloques esquemático que muestra en detalle los componentes primarios de un módulo de suministro de energía mostrados en la figura 3. La figura 5 es un diagrama de circuito eléctrico de un convertidor de transferencia que puede emplearse en cada uno de los convertidores CC mostrados en la figura 4. La figura 6 es un diagrama de circuito eléctrico en un inversor, transformador y rectificador que pueden emplearse en cada uno de les convertidores CC/CC mostrados en la figura 4. La figura 7 es un diagrama de circuito eléctrico que muestra una modalidad del controlador mostrado en la figura 4. La figura 8 es una gráfica que muestra la característica V-I de la salida del circuito de control mostrado en la figura 7. La figura 9 es una vista esquemática tridimensional que muestra un ejemplo del suministro de energía mostrado en la figur.a 3 configurado en un gabinete y los módulos de suministro de energía mostrados en la figura 4 configurados como cajones removibles en el gabinete . La figura 10 es una vista esquemática tridimensional que muestra los detalles adicionales asociados con los componentes primarios de un cajón removible mostrado en la figura 9. La figura 11 es una vista tridimensional esquemática que muestra un ejemplo de los conectores que pueden utilizarse para conectar los cajones removibles mostrados en la figura 9 para un bus CC de alto voltaje.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Además de la modalidad o modalidades de preferencia, esta invención tiene la capacidad de otras modalidades y puede practiceirse o llevarse a cabo de varias formas. De ese modo, se entenderá que la invención no está limitada en su aplicación para los detalles de construcción y ajustes de los componentes determinados en la siguiente descripción o ilustrados en las figuras. En caso que se describa solamente una modalidad en la presente invención, las reivindicaciones de la presente invención no están limitadas a esa modalidad. Adicionalmente, las reivindicaciones de la presente invención no serán restrictivas a menos que exista evidencia clara y convincente que manifiesta una cierta exclusión, restricción, o descargo de responsabilidad. Como se mencionó en la sección de Antecedentes anterior, el sistema de fuente de poder convencional 10, figura 1, utiliza el gran sistema de batería 12 para proveer CC de bajo voltaje, por ejemplo, CC 48V, para las cargas de cómputo 14, tales como equipo de comunicaciones de datos, sistemas de cómputo, y similares. El sistema 10 incluye típicamente el interruptor de transferencia estática 16 en respuesta a la fuente CC de alto voltaje en la línea 18 suministrada por una línea de servicio público 4 .. convencional o una fuente CC de alto voltaje suministrada por un UPS o dispositivo similar en la línea 20 en caso de una falla de poder. El interruptor de transferencia estática 16 suministra ya sea la fuente CC de alto voltaje desde la línea de servicio público o el UPS por medio de la línea 17 al dispositivo rectificador/transformador 22. El dispositivo rectificador/transformador 22 provee la corriente de carga necesaria para cargar •. continuamente las baterías en el sistema de batería 12. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, el sistema de batería 12 y su alta corriente asociada, el bus CC de bajo voltaje 12 es voluminoso típicamente en tamaño. Adicionalmente, el sistema 10 no provee redundancia alguna para cualquiera de los componentes para el interruptor de transferencia estática 16 o dispositivo rectificador/transformador 22. Por lo contrario, un sistema de fuente de poder más compacto y con mayor confiabilidad 30, figura 2, de acuerdo con esta invención, incluye el bus CC de alto voltaje 32 conectado a un número de fuentes CC de alto voltaje, tales como la fuente CC 34 (por ejemplo, la fuente del servicio público 1) , fuente CC 35 (por ejemplo, la fuente del servicio público 2), fuente CC 38 (por ejemplo, un generador) , y fuente CC 40 (por ejemplo, una fuente ' auxiliar) . Las fuentes CC de alto voltaje 34-40 se encuentran típicamente a 550V CC aproximadamente. Las fuentes CC 34-40 están conectadas cada una al bus CC de alto voltaje 32 con un interruptor, por ejemplo, un diodo, que se configura para suministrar potencia al bus de alto voltaje 32 desde la fuente CC con el voltaje CC más alto. En este ejemplo, los interruptores 42, 44 y 48 se conectan a las fuentes CC 34, 36, 38 y 40, respectivamente, al bus CC de alto voltaje 32. En operación, cuando el voltaje en cualquiera de las fuentes CC 34-40 es mayor que el voltaje en el bus CC de alto voltaje 32, el interruptor (diodo) asociado con la fuente CC con el más alto voltaje se desvía hacia adelante y se suministrará el voltaje CC de alto voltaje desde esa fuente. Los interruptores para las fuentes CC restantes serán desviados hacia atrás por medio de los voltajes pequeños diferencíales negativos introducidos deliberada o accidentalmente entre los voltajes desde esas fuentes y el voltaje de la fuente de más alto voltaje, y por consiguiente, no se suministrará potencia alguna por medio de esas fuentes. Sin embargo, en , caso que la fuente activa falle o su voltaje caiga por debajo de cualquiera de las otras fuentes de poder, el poder fluirá instantánea y automáticamente desde la nueva fuente de más alto voltaje. Se distribuye típicamente el bus CC de alto voltaje 32 a través de toda la instalación típica del sistema 30 y se provee para conectar el suministro de energía 64 cerca del punto de intención de uso (mencionado a continuación) . El sistema 30 incluye también el bus CC de bajo voltaje 60 conectado a las cargas de cómputo 62, por ejemplo, el equipo de telecomunicaciones, equipo de comunicaciones de datos, equipo de cómputo, servidores, y similares, o cualquier dispositivo o sistema electrónico que utilice CC de bajo voltaje. Típicamente, el voltaje en el bus CC de bajo voltaje 60 se encuentra ene. Rango de 6V CC a 100V CC aproximadamente, por ejemplo, 48V CC aproximadamente . El suministro de energía 64 incluye un número de convertidores CC/CC (mencionados a continuación) conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje 32 y el bus CC de bajo voltaje 60 y un controlador (también mencionado a continuación) configurados para modular cada convertidor CC/CC para convertir el alto voltaje en el bus CC de alto voltaje 32 para una salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje 60. En una modalidad de preferencia, el suministro de energía 64, figura 3, incluye una pluralidad de módulos de suministro de energía, por ejemplo, los módulos de suministro de energía 66, 68, 70, 72, 74 y 76 que cada uno incluye una pluralidad de convertidores CC/CC y un controlador. Por ejemplo, cada módulo de suministro de energía 66-76 incluye convertidores CC/CC 150, 152, 154, 156, 158 y 160, figura 4, que están conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje 32 y el bus CC de bajo voltaje 60. El conector 81 conecta la CC de alto voltaje en la línea 101 desde el bus de alto voltaje 32 para cada uno de los convertidores CC (CC 150-160 por las líneas 103, 105, 107, 109, 111 y 113, respectivamente. El controlador 80 modula cada uno de los convertidores CC/CC 150-160 por las líneas 220, 222, 224, 226, 228 y 230 para convertir la CC de alto voltaje en las líneas 103-113 al CC de bajo voltaje en las líneas 96, 98, 100, 102, 104 y 106. El conector 117 conecta la salida de los convertidores CC/CC 150-160 en las líneas 96-106 a la línea 90. ?l resultado es que se suministra la CC de bajo voltaje al bus CC debajo voltaje 60, figura 2, sin necesidad de un sistema de batería pesado, torpe y voluminoso. Cada uno de los módulos de suministro de energía 66-76, figura 3, son pequeños en tamaño relativamente, por ejemplo 48.26 x 12.7 x 60.96 cms (19" x 5" x 24") , para un módulo de suministro de energía kW 30 típico, que da como resultado un suministro de energía 64 compacto. Ya que el suministro de energía 64 es compacto y utiliza CC de alto voltaje desde el bus CC de alto voltaje 32 que puede distribuirse a través de toda una instalación del sistema 30, puede localizarse el suministro de energía 64 cerca del punto de intención de uso. Por consiguiente, se elimina la necesidad de un sistema de distribución de bus de alta corriente de bajo voltaje caro y voluminoso. Esto permite una relación mayor de voltaje CC en el bus CC de alto voltaje 32 para el voltaje de aplicación final en el bus CC de bajo voltaje 60 que se encuentra en el rango de 1.1:1 a 1000:1 aproximadamente, por ejemplo, 10:1 o 2:1. Un voltaje de bus mayor se traduce en la ley de Ohm como una corriente más baja proporcionalmente para el mismo poder. Utilizando un sistema de distribución de bus de poder de entrada de más alto voltaje (bus CC de alto voltaje 32) por lo tanto reduce las pérdidas I2R en el bus de alto voltaje 32, lo cual reduce además los costos y uso de energía. El sistema 30 puede utilizar también un número de fuentes CC de alto voltaje independientes, mencionadas con anterioridad; y utiliza automáticamente la fuente CC con el voltaje CC más alto, lo cual mejora la confiabilidad. El sistema 30 cuenta también con capacidades redundantes (mencionadas a continuación) que provee ininterruptibilidad y confiabilidad incrementada. Puede reubicarse también el sistema 30 como sea necesario, y puede conectarse en paralelo con cualquier número de sistemas de suministro de energía 30 como sea necesario para cumplir con cualquier cambio en las configuraciones físicas o requerimientos eléctricos de carga.

En un diseño, se conecta el fusible 119, figura 4, entre el voltaje de salida del módulo de suministro de energía en la línea 90 y el bus CC de bajo voltaje por la línea 121. Se diseña el fusible 119 para fallar cuando la salida de nivel de corriente por medio del módulo de suministro de energía es mayor que la salida de corriente considerada del módulo de suministro de energía, por ejemplo, 660 amps . Típicamente, se configura cada uno de los convertidores CC 150-160, figura 4, como un convertidor de transferencia, como se muestra por el convertidor de transferencia 84, figura 5. El convertidor de transferencia 84 incluye el capacitor de entrada 210, diodo 212, inductor 214, capacitor de salida 216 e interruptor 86, por ejemplo, un transistor bipolar de entrada aislada (IGBT) . El controlador 80 dispara el interruptor 86, figura 4, para modular la salida de voltaje del convertidor de transferencia de cada una de las fuentes de CC/CC 150-160 y convierte la CC de alto voltaje en las líneas 103-113 a CC de bajo voltaje en las líneas 98-106. Por ejemplo, el controlador 80 puede utilizar la modulación de reloj fijo, por ejemplo, modulación de impulsos en duración, para generar las señales de impulsos en duración en las líneas 220-230 al tiempo que permanecerá abierto y cerrado cada interruptor de cada convertidor de transferencia de los convertidores CC/CC 150-160 para ajustar la relación del tiempo "encendido" y del tiempo wapagado" del interruptor del convertidor de transferencia para controlar el voltaje de salida y convertir efectivamente la CC de alto voltaje en las líneas 103-113 a la CC de bajo voltaje en las líneas 96-106 y controlar el voltaje de salida del módulo de suministro de energía en la línea 90. El controlador 80 puede utilizar la modulación de reloj fijo, por ejemplo, modulación de impulsos en duración, modulación auto-oscilante, por ejemplo, modulación de frecuencia de pulso o modulación histerética, o cualquier tipo de modulación conocida para aquellos expertos en la técnica, para controlar el tiempo de los interruptores en CC/CC 150-160 para convertir la CC de alto voltaje a CC de bajo voltaje. En un diseño, se configura cada uno de los convertidores CC/CC 150-160 tal como se muestra en la figura 6. En este ejemplo, cada uno de los convertidores CC/CC 150-160, figura 4, incluye el inversor 250, figura 6, transformador 252 y rectificador 254. En forma similar al interruptor en el convertidor de transferencia descrito con anterioridad, el controlador 80 dispara el inversor 250, figura 4, para modular cada uno de los convertidores CC/CC 150-160 y convertir la CC de alto voltaje en las líneas 103-113, figura 4, a la CC de bajo voltaje en las líneas 98-106.

En una modalidad de preferencia, el controlador 80 inicia las señales en las líneas 220-230 que se pasman en tiempo equitativamente, por ejemplo, pasmadas 60° aparte para las seis fuentes de CC/CC paralelas 150-160, o 360° /N para las unidades paralelas, para pasmar el tiempo del interruptor o inversor en cada una de las fuentes de CC/CC 150-160 descritas anteriormente para reducir la onda de la CC de bajo voltaje en la línea 90. El controlador 80 puede determinar también un voltaje de salida deseado para darle salida por medio del módulo de suministro de energía en la línea 90 en base a la salida de corriente por el módulo de suministro de energía por medio de la línea de retroalimentación 93. El controlador. 80 incluye el regulador de voltaje de conmutación 92 que compara el voltaje de la salida del sistema deseado en el bus CC de bajo voltaje 60 por medio de la línea de retroalimentación 95 con la salida de voltaje real por medio del módulo de suministro de energía en la línea 90. Posteriormente, el regulador de voltaje de conmutación 92 ajusta la salida de voltaje del módulo de suministro de energía a la salida de voltaje del sistema deseado cambiando la modulación de los convertidores CC/CC 150-160 utilizando la modulación de reloj fijo (por ejemplo, modulación de impulsos en duración), modulación auto-oscilante, por ejemplo, modulación de frecuencia de pulso o modulación histerética, o cualquier técnica de modulación conocida para aquellos expertos en la técnica. En una modalidad, el controlador 80 responde a una señal predeterminada en la línea de retroalimentación 93 y se programa para abrir el interruptor (por ejemplo, el interruptor 86, figura 5) , o inversor (por ejemplo, inversor 250, figura 6) de cada uno de los convertidores CC/CC 150-160, figura 4, cuando la señal predeterminada en la línea 93 indica que el módulo de suministro de energía está generando voltaje o corriente excesiva (mencionado en detalle a continuación) . Esto removerá el módulo de suministro de energía que está funcionando mal de la configuración paralela de los módulos de suministro de energía 66-76, figura 3, del suministro de energía 64, y por consiguiente, previene gue el módulo de suministro de energía dañado afecte la operación del suministro de energía 64. El controlador 80 puede generar también una señal de error en la línea 108 que habilita un controlador externo, tal como un PLC, en respuesta a la señal predeterminada en la línea 112 de varios subsistemas en el módulo de suministro de energía. Por ejemplo, los circuitos de determinación predeterminada 110 pueden responder al sistema de enfriamiento 11.3 que detecta una condición de sobrecalentamiento en el módulo de suministro de energía, y de ese modo, activa loa circuitos de determinación predeterminada 110 para generar una señal predeterminada en la línea 112 que permite al controlador 80 generar una señal de error en la línea 108 para habilitar el controlador externo. El sistema auxiliar adicional 114 ' puede generar también una señal de error en la línea 116 que permite que los circuitos de determinación predeterminada 110 generen una señal predeterminada en la línea 112 que permite que el controlador 80 genere una señal de error para habilitar el controlador externo. La figura 7, en donde se le ha dado números a las partes similares, muestra una modalidad del controlador 80 de esta invención que utiliza la modulación de impulsos en duración para ajustar la salida de CC de bajo voltaje de cada uno de los módulos de suministro de energía 66-76, figura 3. En este ejemplo, el comparador 119, figura 7, compara un voltaje de salida de sistema de referencia, Vset, indicado en la referencia 120, por ejemplo, el voltaje en el bus CC de bajo voltaje mencionado con anterioridad, para el voltaje de salida medido del módulo de suministro de energía, Vmeas indicado en la referencia 122, y genera una señal de error en la línea 124. El controlador 80 incluye también el comparador 139 que mide la corriente de salida del módulo de suministro de energía, Imeas indicada en la referencia 126. La corriente medida, Imeas en la línea 140, puede tomar una trayectoria a través de la resistencia grande 143, por ejemplo, 150kO, y se combina con la señal de error en la línea 124 para proveer una señal de error ajustada y reducida en la línea 130 que provea solamente un ligero cambio en la salida de voltaje en el módulo de suministro de energía. Este ajuste provoca que el voltaje de salida del módulo de suministro de energía cambie un limitado rango de valores y se utilice para variar el voltaje de salida del módulo de suministro de energía para crear el efecto de una pequeña impedancia interna positiva. La señal ajustada y reducida en la línea 130 establece una característica V-I sintética, como se muestra por medio de la curva 169, figura 8. La señal ajustada y reducida provee al módulo de suministro de energía con una resistencia de fuente similar a la batería aparente o "seudo-impedancia" correspondiente a una pequeña resistencia interna, pero de valor positivo, indicada por la flecha 190 que habilita el módulo de suministro de energía, por ejemplo, el módulo de suministro de energía 66, figura 3, para compartir las cargas equitativamente con otros módulos de suministro de energía, por ejemplo, los módulos de suministro de energía 68-76 del suministro de energía 64. La corriente medida, Imeas. indicada en la referencia 126, figura 7, toma también otra trayectoria en la línea 180 que incluye el diodo Zener 182 y la pegueña resistencia 184, por ejemplo, 301O aproximadamente.

Durante la operación, el diodo Zener 182 permanece apagado.

Sin embargo, si una corriente más alta de la permitida •• empieza a fluir por el módulo de suministro de energía, la corriente Imeas se incrementa y se habilitará el diodo Zener 182. En este punto, la pequeña resistencia 184 arrastra fuertemente el voltaje de la señal en dirección descendente. Esto resulta en un cambio largo y rápido en la señal de error ajustada y reducida en la línea 130 y una reducción radical en el punto de referencia de voltaje de salida local ordenado. El resultado es una caída brusca y •• repentina de la curva V-I 169, figura 8, tal como se indica por medio de la flecha 194. Esta característica garantiza que si la corriente de un módulo de suministro de energía individual se vuelve más alta, el voltaje de salida del módulo de suministro de energía se caerá rápidamente y apagará ese módulo de suministro de energía. El regulador de voltaje de conmutación 92, figura 7, responde a la señal de error ajustada y reducida en la 5 línea 130 y ajusta el voltaje de salida generado por medio de cada uno de los convertidores CC/CC 150-160, figura 4, utilizando la modulación, por ejemplo, la modulación de reloj fijo, tal como la modulación de impulsos en duración (aunque puede utilizarse cualquier tipo de modulación tal como se indicó anteriormente). El regulador de voltaje de conmutación 92k incluye típicamente el generador de retardo controlado de voltaje 134, procesador 145, interruptor 162, por ejemplo, un FET, capacitor 164, resistencia elevadora 166 y fuente de voltaje 168. En operación, se mantiene el generador de retardo controlado de voltaje 134 en un estado inhabilitado por el voltaje en el capacitor 164. La . descarga del capacitor 164 permite al generador de retardo controlado de voltaje 134 para procesar la señal de error ajustada y reducida en la línea 130 para habilitar al procesador 145 por medio de la línea 143. Se logra la descarga del capacitor 164 por medio de una señal reestablecida en la línea 163 gue permite que FET 162 descargue el capacitor 164 por medio de la conexión a tierra 169. Se logra la carga del capacitor por la fuente , de voltaje 168, tal como lo conocen aguellos expertos en la técnica. La señal de error ajustada y reducida en la línea 143 permite al procesador 145 generar las señales de impulsos en duración en las líneas 220-230, indicado por la flecha 170, para controlar el tiempo de los interruptores de los convertidores CC/CC 150-160, figura 4, tal como se mencionó con anterioridad. En base al tamaño de la señal de error en la línea 130, el procesador 145 determina el < impulso en duración que es necesario por las señales en las líneas 220-230 para controlar el tiempo del interruptor de cada uno de los convertidores CC/CC 150-160, figura 4, para ajustar el voltaje de salida del módulo de suministro de energía al voltaje de salida del sistema deseado. El procesador 145, figura 7, determina también la secuencia de las señales de pulso en las líneas 220-230 para pasmar el disparo de los interruptores o inventores de los convertidores CC/CC 150-160 para reducir la onda. Por ejemplo, el procesador 145, puede iniciar una secuencia de 1 pulsos, mostrado por la flecha 170, que pasma el disparo de los interruptores o inventores de los seis convertidores CC/CC 150-160, figura 4, para reducir la onda. Típicamente, las señales de pulso pasmadas en las líneas 220-230 se encuentran en una secuencia pasmada de tiempo de 60° aparte en la fase para las seis fuentes de CC 150-160, como se describe con anterioridad. La "seudo-impedancia" descrita anteriormente en '• relación con el controlador 80, figuras 4,7 y 8, provee la compartición de carga deseada de los módulos de suministro de energía 66-76, figura 3. En esta modalidad, si un módulo de suministro de energía individual de los módulos de suministro de energía 66-76, del suministro de energía 64 se compara en carga ligeramente a otros módulos de suministro de energía, ese módulo de suministro de energía operará a un voltaje de salida mayor ligeramente (debido a "' su "seudo-impedancia" positiva) . Por consiguiente, el voltaje de salida para un módulo de suministro de energía individual de los módulos de suministro de energía 66-76 se reducirá ligeramente cuando una corriente más pesada está fluyendo del mismo. Los voltajes más altos de los módulos de suministro cargados ligeramente resultarán en más corriente fluyendo de los mismos, que tendrán el efecto de reducir su voltaje de salida. Entre más se carguen los módulos de suministro de energía, menos fluirán las corrientes, incrementando su voltaje de salida. De esta manera, todos los módulos alcanzarán un equilibrio en medio del rango de voltaje. En el cual está fluyendo el poder equitativamente de cada módulo, sin ninguna señal de control explícita requerida que va a pasar entre los módulos. Este procedimiento de de compartimiento de carga y ajuste de carga mutua continua garantiza la estabilidad de todo el sistema y previene cualquier suministro (o colección de suministros) de "acaparamiento" de la carga. En una modalidad preferida, se aloja el suministro de energía 64, figuras 2 y 3, en forma ideal en , un gabinete, tal como el gabinete 300, figura 9. Se aloja típicamente cada uno de los módulos de suministro de energía 66-76, figura 3, en un cajón removible, tal como el cajón 302, figura 9. El cajón removible 302 aloja varios componentes de los módulos de suministro de energía individuales 66-76 mencionados con anterioridad en referencia a la figura 4. Por ejemplo, el cajón 302, figura 10, incluye seis convertidores CC/CC, de los cuales se 9 muestran tres y se apilan otros tres abajo (no mostrados) . Se indican los inductores de los convertidores de transferencia de los convertidores CC/CC mostrados en las referencias 310, 312 y 314. Se indica el interruptor IGBT para cada uno de los tres convertidores de transferencia en las referencias 316, 318 y 320. Se indican los capacitares de entrada en las referencias 322, 324 y 326. Se indica el controlador (mostrado en imagen fantasma) en la referencia 326. El cajón302 incluye típicamente los ventiladores de enfriamiento 330 que provee el aire de enfriamiento al cajón 302 para se escapa a través de los puerto de escape (no mostrados) localizados en el panel posterior 332. La orientación de los inductores 320-314, interruptores 316-320 y capacitores de entrada 322-326 se ajustan para maximizar la eficiencia de enfriamiento del cajón 302. El cajón 302 incluye típicamente una pluralidad de conectores de diferente longitud, por ejemplo, los conectores 340, 342, 344 y 346, figura 11, que permite que se conecten los convertidores CC/CC al bus CC de alto voltaje sin provocar la descarga eléctrica. En un ejemplo, cada uno de los conectores 340-348 puede incluir una sección de material resistente, tal como el material resistente 352 en el conector 346 para prevenir la descarga de CC de alto voltaje cuando se conecta el cajón 302 en el bus CC de alto voltaje. En algunos diseños, puede emplearse un contacto auxiliar conecteido por una resistencia auxiliar por separado o red de impedancia supresora de chispa para prevenir además de descarga de la CC de alto voltaje cuando se conecta el cajón 302 en el bus CC de alto voltaje. Por consiguiente, la configuración de los conectores 340-348 permite que cada uno de los diferentes cajones removibles que alojan los módulos de suministro de energía que se van a agregar, remover, o reemplazar mientras un sistema 30 se encuentra en operación, es decir, los cajones removibles son "intercambiables en altas temperaturas". Aunque se muestran las características específicas de la invención en algunas figuras y no en otras, esto s solamente para conveniencia de cada característica que se puede combinar con cualquiera o todas las demás características de acuerdo con la invención. Las palabras "que incluye", "sue comprende", "gue cuenta", y "con" como se utilizan en la presente invención, se interpretarán amplia y exhaustivamente y no se limitan a ninguna interconexión física. Adicionalmente, cualquiera de las modalidades descritas en la aplicación sujeto no se considerará como la única modalidad posible. Se les ocurrirán otras modalidades a aquellos expertos en la técnica y que se encuentren dentro de las reivindicaciones anexas .

Además, cualquier enmienda presentada durante el procedimiento de aplicación de patente para esta patente no es un descargo de responsabilidad de ninguno de los elementos de reivindicación presentados en la aplicación como se presentó: aquellos expertos en la técnica no pueden esperar en forma razonable formular una reivindicación que abarcaría literalmente todos los equivalentes posibles, muchos equivalentes serán imprevisibles al momento de la enmienda y están más allá de una interpretación imparcial de lo que se va a entregar (si existe alguna) , el uso racional de la enmienda no puede contemplar más de una relación tangencial para muchos equivalentes, y/o existen muchas otras razones que el solicitante no puede esperar que se describan ciertos sustitutos insustanciales para ninguno de los elementos de reivindicación enmendados.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES 1.- Un sistema de fuente de poder más compacto y con mayor confiabilidad para cargas de cómputo, el sistema comprende: un bus CC de alto voltaje conectado a un número de fuentes de CC, cada una conectada al bus CC de alto voltaje por medio de un interruptor configurado para suministrar la fuente de CC al bus CC de alto voltaje con el voltaje de CC más alto; un bus CC de bajo voltaje conectado a las cargas de cómputo; y un suministro de energía que incluye: un número de convertidores CC/CC conectados en paralelo entre el bus CC de alto voltaje y el bus CC de bajo voltaje, y un controlador configurado para modular cada uno de los convertidores CC/CC para convertir el alto voltaje en el bus CC de alto voltaje a una salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje. 2.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el interruptor incluye un diodo. 3.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el suministro de energía incluye una pluralidad de módulos de suministro de energía, de los cuales cada uno incluye una pluralidad de convertidores CC/CC y un controlador. 4.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque se configura cada uno de los convertidores CC/CC como un convertidor de transferencia con un interruptor disparado por medio del controlador para modular el convertidor CC/CC. 5.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque cada convertidor CC/CC incluye un inversor, un transformador, y un rectificador en que se cicla el inversor por medio del controlador para modular el convertidor CC/CC. 6- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se configura el controlador para modular cada convertidor CC/CC para controlar la corriente o voltaje de salida. 7.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque se configura el controlador para pasmar el tiempo del interruptor de cada convertidor CC/CC para reducir la onda en el bus CC de bajo voltaje. 8.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el controlador responde a una entrada de señal predeterminada y programado para abrir el interruptor de cada convertidor CC/CC en respuesta a una señal predeterminada. 9.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque se configura el controlador para pasmar el tiempo del inversor de cada convertidor CC/CC para reducir la onda en el bus CC de bajo voltaje. 10.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el controlador responde a una entrada de señal predeterminada y programado para abrir el inversor de cada convertidor CC/CC en respuesta a una señal predeterminada. 11.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque cada módulo de suministro de energía incluye un fusible entre la pluralidad de convertidores CC/CC y el bus CC de bajo voltaje designado para fallar a un nivel de corriente mayor que la salida de corriente establecida del módulo de suministro de energía. 12.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque se configura el controlador para determinar un voltaje de salida deseado en base a la salida de corriente por medio del módulo de suministro de energía. 13.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el controlador incluye un regulador de voltaje de conmutación configurado para comparar un voltaje de salida de sistema deseado con la salida de nivel de voltaje por medio del módulo de suministro de energía y para ajustar la salida de voltaje de cada convertidor CC/CC de tal forma que la salida del módulo de suministro de energía iguale aproximadamente el voltaje de salida de sistema deseado. 14.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el regulador de voltaje de conmutación ajusta la salida de voltaje por medio de cada uno de los convertidores CC/CC utilizando la modulación. 15.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el controlador de cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía utiliza la seudo-irapedancia para proveer el compartición de la carga autónoma de la pluralidad de módulos de suministro de energía. 16.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porgue la salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje se encuentra en el rango de 6V CC a 100V CC aproximadamente. 17.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 16, cairacterizado porque la salida de bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje se encuentra a 48V CC aproximadamente. 18.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se configura además el controlador para dar salida a una señal de error en respuesta a una señal predeterminada. 19.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque el controlador incluye además un circuito de determinación predeterminada para generar la señal predeterminada. 20.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía incluye un sistema de enfriamiento. 21.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque el circuito de detección predeterminada genera una señal predeterminada cuando un módulo de suministro de energía excede una temperatura predeterminada. 22.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el convertidor de transferencia incluye un capacitor de entrada, un capacitor de salida, un inductor, y el interruptor. 23.- El sistema de) fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación del alto voltaje en el bus CC de alto voltaje para el bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje se encuentra en el rango de 1.1:1 a 1000:1 aproximadamente. 24.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque la relación del alto voltaje en el bus CC de alto voltaje para el bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje se encuentra en 10:1 aproximadamente . 25.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque la relación del alto voltaje en el bus CC de alto voltaje para el bajo voltaje en el bus CC de bajo voltaje se encuentra en 2:1 aproximadamente . 26.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque se aloja el suministro de energía en un crabinete. 27.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 26, caracterizado porque se configura cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía como un cajón removible. 28.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque se colocan los cajones • removibles en el gabinete. 29.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado porque cada cajón removible incluye una pluralidad de conectores de diferente longitud que conecta eléctricamente el número de convertidores CC/CC del módulo de suministro de energía al ' bus CC de alto voltaje a diferentes tiempos para reducir la descarga eléctrica. 30.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque cada uno de los conectores incluye un material resistente en el mismo para reducir la descarga eléctrica cuando se conecta el módulo de suministro de energía al bus CC de alto voltaje. 31.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque cada cajón removible incluye un contacto auxiliar conectado por medio de una resistencia auxiliar por separado o red de impedancia supresora de chispa para reducir además la descarga eléctrica. 32.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 28 r caracterizado porque pueden removerse, reemplazarse, o agregarse los cajones removibles mientras el sistema está operando. 33.- El sistema de. fuente de poder de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque cada cajón incluye un número de ventiladores de enfriamiento y puertos ' de escape para enfriar los módulos de suministro de energía. 34.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque los componentes de cada uno de la pluralidad de módulos de suministro de energía se ajusta para maximizar la eficiencia de enfriamiento. 35.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porgue se seleccionan las cargas de cómputo del grupo consistente de: un sistema de telecomunicaciones, un sistema de comunicación de datos, un sistema de cómputo, y periferias de cómputo. 36.- El sistema de fuente de poder de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el suministro de energía incluye un número redundante de módulos de suministro de energía.