RU215337U1

RU215337U1 - Server power supply

Info

Publication number: RU215337U1
Application number: RU2022128481U
Authority: RU
Inventors: Андрей Юрьевич Волошин; Евгений Сергеевич Смирнов; Андрей Владимирович Селютин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "БЕР"
Filing date: 2022-11-02
Publication date: 2022-12-08

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве источника вторичного электропитания с резервированием и горячей заменой для серверов, телекоммуникационных стоек, а также систем хранения данных и промышленной автоматизации. Требуемый технический результат, заключающийся в повышении надежности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве устройств питания серверов, достигается в устройстве, размещенном на единой плате-основании и содержащем входные и выходные разъемы и последовательно соединенные фильтр входного напряжения, вход которого соединен с входными разъемами, диодный мост, корректор коэффициента мощности, транзисторный мост, резонансный преобразователь с силовым трансформатором, синхронный выпрямитель и выходной фильтр, выход которого соединен с выходным разъемом, а также контроллер, интерфейсный блок, датчик тока и резервный источник питания, выходы которого соединены с соответствующими входами диодного моста, корректора коэффициента мощности, контроллера и интерфейсного блока, выполненного с возможностью управления средствами охлаждения, при этом вход датчика тока соединен с выходом выходного фильтра, а выход соединен с соответствующими входами корректора коэффициента мощности и интерфейсного блока, вход-выход которого соединен с входом-выходом выходного разъема, а соответствующий выход интерфейсного блока соединен с соответствующим входом контроллера, выходы которого соединены с соответствующими входами транзисторного моста, резонансного преобразователя с силовым трансформатором и синхронного выпрямителя. 3 ил.

The utility model relates to electrical engineering and can be used as a secondary power supply with redundancy and hot-swap for servers, telecommunications racks, as well as data storage systems and industrial automation. The required technical result, which consists in increasing the reliability and expanding the arsenal of technical means that can be used as server power devices, is achieved in a device placed on a single base board and containing input and output connectors and a series-connected input voltage filter, the input of which is connected with input connectors, a diode bridge, a power factor corrector, a transistor bridge, a resonant converter with a power transformer, a synchronous rectifier and an output filter, the output of which is connected to the output connector, as well as a controller, an interface unit, a current sensor, and a backup power supply, the outputs of which are connected with the corresponding inputs of the diode bridge, the power factor corrector, the controller and the interface block, configured to control the cooling means, while the input of the current sensor is connected to the output of the output filter, and the output is connected to the corresponding inputs of the corrector power factor and interface unit, the input-output of which is connected to the input-output of the output connector, and the corresponding output of the interface unit is connected to the corresponding input of the controller, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the transistor bridge, resonant converter with power transformer and synchronous rectifier. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве источника вторичного электропитания с резервированием и горячей заменой для серверов, телекоммуникационных стоек, а также систем хранения данных и промышленной автоматизации.The utility model relates to electrical engineering and can be used as a secondary power supply with redundancy and hot-swap for servers, telecommunications racks, as well as data storage systems and industrial automation.

Известно устройство [RU 180774, U1, H02J 7/34, 22.06.2018], содержащее размещенные в корпусе источник бесперебойного питания, аккумуляторную батарею, причем, выход источника бесперебойного питания соединен с батареей через устройство отключения тока зарядки батареи при отрицательных температурах, которое управляется контроллером управления, к входу которого подключены датчики температуры батареи и контроллера управления, второй выход источника бесперебойного питания подсоединен к входу источника вторичного питания, к выходу которого подсоединена нагрузка постоянного тока, третий выход источника бесперебойного питания подключен к нагрузке переменного тока, при этом в качестве аккумуляторной батареи использован литий-железо-фосфатный аккумулятор, корпус выполнен пыле- и влагозащищенным ударопрочным, при этом в корпусе выполнены вентиляционные отверстия, герметично закрываемые крышками, снабженными устройством автоматического открывания/закрывания, а контроллер управления содержит внешние интерфейсы для подключения к компьютеру по беспроводным и/или проводным каналам связи, при этом в качестве беспроводной линий связи может быть использовано устройство Bluetooth, а в качестве проводной линий связи - устройство USB.A device is known [RU 180774, U1, H02J 7/34, 06/22/2018], containing an uninterruptible power supply located in the housing, a battery, moreover, the output of the uninterruptible power supply is connected to the battery through a device for disconnecting the battery charging current at negative temperatures, which is controlled control controller, to the input of which the temperature sensors of the battery and the control controller are connected, the second output of the uninterruptible power supply is connected to the input of the secondary power supply, to the output of which the DC load is connected, the third output of the uninterruptible power supply is connected to the AC load, while as a battery The battery uses a lithium-iron-phosphate battery, the case is made dust- and moisture-proof shockproof, while the case has ventilation holes that are hermetically sealed with covers equipped with an automatic opening / closing device, and the control controller contains external interfaces for connecting to a computer via wireless and/or wired communication channels, while a Bluetooth device can be used as a wireless communication line, and a USB device can be used as a wired communication line.

Недостатком устройства является относительно низкая надежность, что обусловлено отсутствием средств принудительного охлаждения элементов устройства.The disadvantage of the device is the relatively low reliability, due to the lack of means of forced cooling of the device elements.

Близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 209985, U1, G12B 15/00, 24.03.2022], включающее корпус с материнской платой, блоком питания и разводкой проводов к видеокартам, а также движители воздуха, при этом, корпус выполнен прямоугольным для сбора горячего воздуха от нагревающихся элементов изделий микроэлектроники с разделением потоков холодного и горячего коридора посредством внутреннего пространства камеры корпуса и движителей воздуха в виде корпусных вентиляторов, причем видеокарты располагаются горизонтально, из пространства корпуса забирается горячий воздух, при этом в корпусе дополнительно размещено устройство регулирования потока воздуха на корпусных вентиляторах, в зависимости от температуры окружающей среды.Close in technical essence to the proposed one is the device [RU 209985, U1, G12B 15/00, 03/24/2022], including a case with a motherboard, a power supply and wiring for video cards, as well as air movers, while the case is made rectangular for collection of hot air from the heating elements of microelectronics products with separation of the cold and hot aisle flows through the internal space of the housing chamber and air movers in the form of case fans, with video cards arranged horizontally, hot air is taken from the housing space, while an air flow control device is additionally placed in the housing on case fans, depending on the ambient temperature.

Недостатком этого технического решения является относительно низкая универсальность, что ограничивает его применение в различных режимах энергообеспечения серверов, систем хранения данных, телекоммуникационного оборудования и т.п.The disadvantage of this technical solution is its relatively low versatility, which limits its use in various power supply modes for servers, data storage systems, telecommunications equipment, etc.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является адаптер для управления бесперебойным питанием корпоративных коммуникационных систем, [RU 64840, U1, H04Q 7/24, 10.07.2007], содержащий выводы для подключения внешнего источника питания постоянного тока, необходимого для питания электронных схем сетевого адаптера, первый разъем для соединения сетевого адаптера удаленного контроля и управления с предназначенным для обмена данными разъемом агрегата бесперебойного питания, второй разъем для подсоединения сетевого адаптера удаленного контроля и управления к локальной или глобальной вычислительной сети, используемой для обмена данными с абонентами этой сети, средство обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, подсоединенное непосредственно ко второму разъему, первое средство согласования уровней, подсоединенное к первому разъему и соединенное со средством обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, третий разъем для подключения к нему компьютера с целью осуществления компьютерного контроля, настройки и корректировки параметров сетевого адаптера для удаленного контроля и управления агрегатом бесперебойного питания и параметров соединенного с первым разъемом агрегатом бесперебойного питания, второе средство согласования уровней, подсоединенное к третьему разъему и соединенное со средством обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, стабилизатор напряжения, поступающего через выводы для подключения внешнего источника питания постоянного тока, при этом средство обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных содержит встроенный web-сервер, выходные цепи упомянутого стабилизатора подсоединены к цепям питания электронных схем сетевого адаптера, стабилизатор выполнен с несколькими входами с соответствующими им выводами для различных входных напряжений, с целью подключения источника питания постоянного тока с применяемым в системе определенным номинальным напряжением к выводам того входа стабилизатора, который предназначен для такого номинального напряжения, причем, выводы для подключения источника питания постоянного тока для питания электронных схем сетевого адаптера образуют совокупность выводов от нескольких различных входов стабилизатора, предназначенных для подключения источников питания на различные номинальные напряжения, входы стабилизатора соединены с выводами для подключения соответствующих источников питания постоянного тока через защитные и предохранительные средства.The closest in technical essence to the proposed one is an adapter for managing uninterruptible power supply of corporate communication systems, [RU 64840, U1, H04Q 7/24, 07/10/2007], containing leads for connecting an external DC power source necessary to power the electronic circuits of the network adapter , the first connector for connecting the network adapter for remote control and management with the connector of the uninterruptible power unit intended for data exchange, the second connector for connecting the network adapter for remote control and management to a local or global computer network used to exchange data with subscribers of this network, signal processing means with a programmable data processor connected directly to the second connector, the first level matching means connected to the first connector and connected to the signal processor with a programmable data processor, the third connector for connecting to computer for the purpose of computer control, configuration and adjustment of the parameters of the network adapter for remote monitoring and control of the uninterruptible power unit and the parameters of the uninterruptible power unit connected to the first connector, the second level matching means connected to the third connector and connected to the signal processing tool with a programmable device data processing, a voltage stabilizer coming through the outputs for connecting an external DC power source, while the signal processing tool with a programmable data processing device contains a built-in web server, the output circuits of the mentioned stabilizer are connected to the power circuits of the electronic circuits of the network adapter, the stabilizer is made with several inputs with corresponding terminals for different input voltages, in order to connect a DC power supply with a certain nominal voltage used in the system to the terminals t th input of the stabilizer, which is designed for such a rated voltage, moreover, the terminals for connecting a DC power source for powering the electronic circuits of the network adapter form a set of terminals from several different inputs of the stabilizer, designed to connect power supplies for various nominal voltages, the inputs of the stabilizer are connected to the terminals to connect appropriate DC power supplies through protective and safety devices.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность ввиду, в частности, отсутствия средств реализации функций резервирования и контроля выходного тока.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively low reliability due, in particular, to the lack of means for implementing the functions of redundancy and control of the output current.

Задача, которая решается в полезной модели, заключается в разработке устройства питания сервера и других телекоммуникационных стоек и систем хранения данных и промышленной автоматизации, которые обладают повышенными надежностью путем использования средств реализации функций резервирования и контроля выходного тока.The problem solved in the utility model is to develop a server power supply and other telecommunication racks and data storage and industrial automation systems that have increased reliability by using means for implementing redundancy and output current control functions.

Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве надежных устройств питания серверов.The required technical result is to increase the reliability and expand the arsenal of technical means that can be used as reliable power supplies for servers.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, устройство, размещенное на единой плате-основании, содержит входные и выходные разъемы и последовательно соединенные фильтр входного напряжения, вход которого соединен с входными разъемами, диодный мост, корректор коэффициента мощности, транзисторный мост, резонансный преобразователь с силовым трансформатором, синхронный выпрямитель и выходной фильтр, выход которого соединен с выходным разъемом, а также контроллер, интерфейсный блок, датчик тока и резервный источник питания, выходы которого соединены с соответствующими входами диодного моста, корректора коэффициента мощности, контроллера и интерфейсного блока, выполненного с возможностью управления средствами охлаждения, при этом, вход датчика тока соединен с выходом выходного фильтра, а выход соединен с соответствующими входами корректора коэффициента мощности и интерфейсного блока, вход-выход которого соединен с входом-выходом выходного разъема, а соответствующий выход интерфейсного блока соединен с соответствующим входом контроллера, выходы которого соединены с соответствующими входами транзисторного моста, резонансного преобразователя с силовым трансформатором и синхронного выпрямителя.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that the device, placed on a single base board, contains input and output connectors and an input voltage filter connected in series, the input of which is connected to the input connectors, a diode bridge, a power factor corrector, a transistor bridge , a resonant converter with a power transformer, a synchronous rectifier and an output filter, the output of which is connected to the output connector, as well as a controller, an interface unit, a current sensor and a backup power source, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the diode bridge, power factor corrector, controller and interface block configured to control the cooling means, wherein the input of the current sensor is connected to the output of the output filter, and the output is connected to the corresponding inputs of the power factor corrector and the interface unit, the input-output of which is connected to the input-output of the output connector, and with The corresponding output of the interface unit is connected to the corresponding input of the controller, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the transistor bridge, resonant converter with power transformer and synchronous rectifier.

На чертеже представлены:The drawing shows:

на фиг. 1 - функциональная электрическая схем устройства питания сервера;in fig. 1 - functional electrical circuit of the server power supply device;

на фиг. 2 - его монтажная схема на единой плате-основании;in fig. 2 - its wiring diagram on a single base board;

на фиг. 3 - пример размещения устройства в едином корпусе.in fig. 3 - an example of placing the device in a single housing.

На чертеже обозначены:The drawing shows:

1 - входной разъем, 2 - входной фильтр, 3 - диодный мост, 4 - корректор коэффициента мощности (ККМ), 5 - транзисторный мост, 6 - резонансный преобразователь с силовым трансформатором, 7 - синхронный выпрямитель (SR), 8 - выходной фильтр, 9 - выходной разъем, 10 - резервный источник питания, 11 - контроллер, 12 - средства охлаждения, 13 - интерфейсный блок, 14 - датчик тока, 15 - корпус, 16 - единая плата-основание.1 - input connector, 2 - input filter, 3 - diode bridge, 4 - power factor corrector (PFC), 5 - transistor bridge, 6 - resonant converter with power transformer, 7 - synchronous rectifier (SR), 8 - output filter, 9 - output connector, 10 - redundant power supply, 11 - controller, 12 - cooling means, 13 - interface unit, 14 - current sensor, 15 - housing, 16 - single base board.

Устройство питания сервера работает следующим образом.The server power supply works as follows.

Устройство питания сервера (либо пара устройств питания - в случае необходимости реализации функции резервирования устройства в целом) устанавливается в серверную стойку типоразмера 1U или 2U через 25-контактную выходную коннекторную плату и подключается к сети питания переменного тока ~220-230 В через типовой разъем IEC320. Устройство выполняет функции вторичного источника электропитания, которые преобразуют питание переменного тока в постоянное напряжение 12 или 48 В для различных сфер применения в широком диапазоне нагрузок: от 800 до 3000 Вт.The server power device (or a pair of power devices - if it is necessary to implement the device redundancy function as a whole) is installed in a 1U or 2U server rack through a 25-pin output connector board and connected to the AC power supply ~ 220-230 V through a standard IEC320 connector . The device acts as a secondary power source that converts AC power to 12 or 48 V DC for various applications in a wide range of loads: from 800 to 3000 watts.

При подаче на входной разъем 1 питающего напряжения бытовой сети ~230 В на входной разъем резервный источник 10 питания вырабатывает постоянное напряжение, например, 12 В, для питания драйверов диодного моста 3, корректора 4 коэффициента мощности, синхронного выпрямителя 7 и через интерфейсный блок 11 подает сигнал на выходной разъем 9 для включения сервера.When the input connector 1 is supplied with a household mains voltage of ~230 V, the backup power supply 10 generates a constant voltage, for example, 12 V, to the input connector 1 to power the drivers of the diode bridge 3, the power factor corrector 4, the synchronous rectifier 7 and through the interface unit 11 supplies signal to output connector 9 to turn on the server.

После подачи ответного сигнала от сервера включаются средства активного охлаждения 12 (например, вентиляторов) и начинается плавный запуск устройства. Входное напряжение фильтруется фильтром 2, выпрямляется диодным мостом 3 и повышается до 400 В в корректоре 4 для питания транзисторного моста 5 и резонансного преобразователя 6.After a response signal from the server, active cooling means 12 (for example, fans) are turned on and the device starts to start smoothly. The input voltage is filtered by filter 2, rectified by diode bridge 3 and increased to 400 V in corrector 4 to power transistor bridge 5 and resonant converter 6.

Контроллер 11 управляет работой транзисторного моста 5, резонансного преобразователя 6 и синхронного выпрямителя 7. В силовом трансформаторе силового преобразователя 6 происходит понижение напряжения с 400 В до 12 В, а также реализована гальваническая развязка. Синхронный выпрямитель 7 обеспечивает передачу выпрямленного напряжения 12 В с минимальными потерями. Затем, после выходного фильтра 8 выходное напряжение поступает на материнскую плату сервера через выходной разъем 9.The controller 11 controls the operation of the transistor bridge 5, the resonant converter 6 and the synchronous rectifier 7. In the power transformer of the power converter 6, the voltage drops from 400 V to 12 V, and galvanic isolation is also implemented. Synchronous rectifier 7 ensures the transmission of a rectified voltage of 12 V with minimal losses. Then, after the output filter 8, the output voltage is supplied to the server motherboard through the output connector 9.

На всех этапах работы работают все необходимые защиты, в том числе при помощи датчиков 14 тока, а также осуществляется постоянный обмен данными с сервером по протоколу PMBus (шина I2C) с помощью интерфейсного блока 13 и выходного разъема 9.At all stages of work, all the necessary protections work, including with the help of current sensors 14, and there is also a constant exchange of data with the server via the PMBus protocol (I2C bus) using the interface unit 13 and output connector 9.

В результате, обеспечивается бесперебойное электропитание сервера требуемым постоянным напряжением с возможностью контроля всех необходимых параметров и защит. При работе в паре один блок питания может быть оперативно заменен на другой без необходимости отключения электропитания всего серверного оборудования.As a result, uninterrupted power supply of the server with the required constant voltage is ensured with the ability to control all the necessary parameters and protections. When working in pairs, one power supply can be quickly replaced by another without the need to turn off the power supply of all server equipment.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении надежности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве надежных устройств питания серверов. Предложенное техническое решение реализовано на единой плате-основании и имеет следующие преимущества: высокий КПД (не менее 90% под 50-процентной нагрузкой), стандартный форм-фактор CRPS и типоразмер 1U, широкий диапазон нагрузок 800-3000 Вт при выходном постоянном напряжении 12 или 48 В, высокую надежность и отказоустойчивость ввиду реализации функции резервирования, наличием механизмов защиты и обеспечения возможности горячей замены вследствие размещения на единой плате-основании.Thus, the proposed device achieves the required technical result, which consists in increasing the reliability and expanding the arsenal of technical means that can be used as reliable power supplies for servers. The proposed technical solution is implemented on a single base board and has the following advantages: high efficiency (at least 90% under 50% load), standard CRPS form factor and 1U size, wide load range of 800-3000 W with an output constant voltage of 12 or 48 V, high reliability and fault tolerance due to the implementation of the redundancy function, the presence of protection mechanisms and the possibility of hot swapping due to placement on a single base board.

Claims

A server power supply device placed on a single base board and containing input and output connectors and an input voltage filter connected in series, the input of which is connected to the input connectors, a diode bridge, a power factor corrector, a transistor bridge, a resonant converter with a power transformer, a synchronous rectifier and an output a filter, the output of which is connected to the output connector, as well as a controller, an interface unit, a current sensor and a backup power source, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the diode bridge, the power factor corrector, the controller and the interface unit configured to control the cooling means, while the input of the current sensor is connected to the output of the output filter, and the output is connected to the corresponding inputs of the power factor corrector and the interface unit, the input-output of which is connected to the input-output of the output connector, and the corresponding output of the interface unit is connected to the corresponding the input of the controller, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the transistor bridge, the resonant converter with the power transformer and the synchronous rectifier.