TWI431899B - 伺服電腦機組 - Google Patents

Description

伺服電腦機組

本揭示內容是有關於電源供應機制，且特別是有關於一種伺服電腦機組的電源供應。

由於電腦工業日益進步，且企業對於工業電腦系統的依賴也逐日提昇，工業電腦通常特指非個人電腦或非消費性的電子系統，舉例來說，工業電腦包含了使用於工廠自動化的核心控制設備、網頁伺服器、企業的資料備份伺服器等等。

隨著電子技術與工業電腦相關應用的進展，業界對於伺服器系統的要求自然相對提高。而為因應企業的成長，許多企業通常將為數眾多的伺服器單元整合於電腦機箱當中，並可利用多組電腦機箱搭配組成伺服電腦機組，以應付大量產生的資料量或網路流量等需求，同時也能因應日後伺服器系統的擴充與升級等需求。

目前的習知技術中，一組工業電腦機台中可能包含有複數個系統單元，如網路應用伺服器所架構而成的多伺服器或多儲存設備的電腦系統，若伺服電腦機組中各自系統單元皆各自設置電源供應器以及電源線路，將佔用巨大的空間且不易進行系統維護。因此，工業電腦大多共用單一組電源設備，如此作法可節省機台的空間及成本，然而當電源設備故障時，卻會造成整組機台無法運作的缺失。

舉例來說，工業電腦可作為工廠自動化的核心控制設備使用，如CNC控制設備、CNC車床或銑床等機器設備的控制核心，提供製造流程中機器或儀器設備的控制、監視、測試等功能。或者，工業電腦可作為金融機構的資訊伺服器(data center)，用來處理帳戶資訊、交易需求、轉帳認證等等龐大的資料量。

由於工業電腦需針對某些特殊的設備或功能，必須長時間連續穩定運作不能中斷當機，故對所用的電腦系統穩定性要求十分嚴苛，因此在工業電腦中大都配置有資料保存的備援系統(如磁碟陣列)，以防止特殊狀況的中斷或當機。然而，在工業電腦的電源系統上卻經常缺少相對應的電源備援設備，足以提供因電源設備的故障，而影響到工業電腦系統的正常運作。

目前，部份工業電腦上可能設置有對應的不斷電系統(uninterruptible power supply)，舉例來說，目前資訊伺服器(data center)中的系統電源備份可採用交流不斷電系統(alternating current UPS,AC-UPS)。交流不斷電系統中仍須外加直流電池模組，交流不斷電系統先將交流電源轉換並儲存於直流電池模組中以達到備用電源的效果。當電力公司的電力中斷時，資訊伺服器便可在直流電池模組可支援的時間內將資料儲存起來。此外，另一備用的發電機也會在直流電池模組可支援的時間內啟動並提供必須的交流電源。

此類交流不斷電系統(AC-UPS)是採取集中式的備用電源管理，其缺點是相關外加的直流電池模組須掛載於靠近不斷電系統機箱的位置，且所需要的空間是相當的龐大。一般來說，AC-UPS系統造價昂貴且體積龐大，經常需要佔用一整個機箱來設置一組造價高昂的AC-UPS系統。如此一來，通常整個伺服電腦機組僅能共用一至兩臺AC-UPS系統，無法針對工業電腦機台中每一個系統單元達到獨立且分散式的電源備援。

為了解決上述問題，本發明提出一種伺服電腦機組，其電源機箱與系統機箱之間係直接用高壓直流電進行傳輸，因此，可直接利用直流的電池備用模組進行電力備援，可省去將交流電轉為直流進行備援的步驟(須設置交直流轉換器)，亦可省去須將直流備援電力轉換回交流方可使用(須設置直交流轉換器)的情況，並可將電池備用模組分散至各系統機箱上，不須在電源機箱周圍佔用大量空間。此外，本發明中，在電源機箱與系統機箱之間設置有第一層的電池備用單元(battery backup unit,BBU)，另在系統單元內另設置有第二層的電池備用單元。透過雙層的電池備用單元設置，可延長有效的備援時間，並增加電力備援的妥善性，進而提高伺服電腦機組的穩定性。

因此，本發明內容之一態樣是在提供一種伺服電腦機組，其包含一電源機箱、至少一系統機箱、第一電池備用模組以及第二電池備用模組。電源機箱與一外部電源耦接，其用以將外部電源供應之一高壓交流電轉換為一高壓直流電。至少一系統機箱分別與電源機箱耦接，其中系統機箱包含複數個系統單元，系統機箱將高壓直流電分流至系統單元。每一系統單元包含一變壓器以及一內部電路，變壓器用以將高壓直流電轉換為一低壓直流電，且低壓直流電用以驅動內部電路。第一電池備用模組耦接於電源機箱與系統單元之間，其用以提供一備援高壓直流電。第二電池備用模組設置於系統單元中並耦接於該等變壓器與該等內部電路之間，其用以提供一備援低壓直流電。

根據本發明內容之一實施例，其中第一電池備用模組包含一鋰離子電池單元及/或一鉛酸電池單元。

根據本發明內容之另一實施例，其中第二電池備用模組包含一鋰離子電池單元。

根據本發明內容之又一實施例，本發明的伺服電腦機組更包含一控制模組，控制模組分別與電源機箱、第一電池備用模組以及第二電池備用模組耦接，當外部電源異常或電源機箱產生之高壓直流電異常時，控制模組觸發第一電池備用模組供應上述之備援高壓直流電。其中第一電池備用模組中儲存有一第一儲電量，第一儲電量對應一第一備援時間。

此外，當上述異常情況發生且第一電池備用模組已啟動電力備援一段時間之後，當第一電池備用模組之電量不足時，控制模組便可觸發第二電池備用模組供應上述之備援低壓直流電。其中第一電池備用模組中儲存有一第二儲電量，第二儲電量對應一第二備援時間。

根據本發明內容之再一實施例，其中第一電池備用模組包含至少一第一電池備用單元，至少一第一電池備用單元係分別設置於電源機箱與至少一系統機箱之間。

根據本發明內容之更一實施例，其中該第二電池備用模組包含複數個第二電池備用單元，第二電池備用單元係分別設置於變壓器與內部電路之間。

請參閱第1圖，其繪示根據本發明之一實施例中一種伺服電腦機組100的示意圖。如第1圖所示，伺服電腦機組100中包含電源機箱120、至少一組系統機箱140、第一電池備用模組160以及第二電池備用模組180。於此實施例中，電源機箱120可用以供電給不只一組系統機箱140，圖示中僅繪示兩組系統機箱140作為舉例，但本發明並不以兩組為限，舉例來說，於部份實施例中，作為中央資料伺服器(data center)的伺服電腦機組100可包含十二組系統機箱140。

電源機箱120作為伺服電腦機組100的主要電力供應來源，電源機箱120中可包含電源轉換模組122，電源轉換模組122可與外界的外部電源200(如市電電源、市電插座、或是市電配電盤等)耦接。外部電源200用以提供一組高壓交流電HVA輸入，其中高壓交流電HVA為大於300伏特的交流電，例如，於此例中，高壓交流電HVA可為380伏特的交流電，實際應用中，電力公司本身即可提供380伏特的三相交流電。

於此實施例中，電源機箱120的電源轉換模組122耦接於外部電源200，電源轉換模組122用以將高壓交流電HVA轉換為高壓直流電HVD，於此例中，高壓直流電HVD可為380伏特的直流電。

而每一系統機箱140分別包含複數個系統單元142，於第1圖中為方便舉例，系統機箱140亦以包含兩組系統單元142進行繪示說明，但本發明並不以此為限，實際應用中，系統機箱140中可包含由數個至數百個以上的系統單元142，視實際需要而定。

對每一組系統機箱140而言，系統機箱140可將來自電源機箱120的電源轉換模組122的高壓直流電HVD分流至每一個系統單元142。

對系統機箱140中每一個系統單元142而言，系統單元142內包含變壓器142a以及內部電路142b，變壓器142a與內部電路142b耦接。變壓器142a用以將輸入的高壓直流電HVD(如380V DC)轉換為低壓直流電LVD(如12V DC)，並且利用低壓直流電LVD用以驅動內部電路142b。

須特別說明的是，在本發明的伺服電腦機組100中，電源機箱120直接將輸入的交流電源轉換為直流電源，並直接以直流電源型態將電力配送到各系統機箱140的系統單元142上，與一般習知技術中利用交流電方式配送的方式不同。利用直流方式配送較便利於設置電力備援模組，本發明的伺服電腦機組100可直接利用直流的電池備用模組160,180進行電力備援。相較習知作法，可省去將交流電轉為直流進行備援的步驟(須設置交直流轉換器)，亦可省去須將直流備援電力轉換回交流方可使用(須設置直交流轉換器)的情況，並可將電池備用模組160,180分散至各系統機箱140上，不須在電源機箱120周圍佔用大量空間。

也就是說，本發明的伺服電腦機組100可避免在所有需要設置電力備援系統之處皆設置交直流轉換器，因此若有許多組系統機箱即可節省了大量交直流轉換器的設置成本。

以下段落將說明本發明之伺服電腦機組100中第一電池備用模組160以及第二電池備用模組180進行電力備援的機制。如圖所示，於此實施例中，第一電池備用模組160包含多個第一電池備用單元162(battery backup unit,BBU)，該等第一電池備用單元162係分別設置於電源機箱120與系統機箱140之間。於此實施例中，共包含兩個第一電池備用單元162分別對應兩部系統機箱140。每一個第一電池備用單元162可分別為鋰離子電池單元或鉛酸電池單元，可用來儲存來自電源機箱120的高壓直流電HVD。

另一方面，第二電池備用模組180包含多個第二電池備用單元182(battery backup unit,BBU)，該等第二電池備用單元182係分別設置於變壓器142a與內部電路142b之間。於此實施例中，共包含四組第二電池備用單元182分別對應四組系統單元，但本發明並不以四組為限。每一個第二電池備用單元182可分別為鋰離子電池單元，可用來儲存來自變壓器142a的低壓直流電LVD。

當外部電源200或電源機箱120產生之高壓直流電HVD異常時，第一電池備用模組160偵測到HVD異常(例如過低)時，第一電池備用模組160便可產生並提供一備援用高壓直流電，以推動系統機箱140正常運作或進行緊急資料保存功能。

實際應用中，第一電池備用模組160中儲存有特定的第一儲電量，視第一電池備用模組160的第一儲電量以及系統機箱140的耗電程度可對應到第一備援時間。當異常狀況持續超過此第一備援時間，第一電池備用模組160的電量將可能不足以推動系統機箱140正常運作。

當電源機箱120產生之高壓直流電HVD異常且第一電池備用模組160的備援供電量亦不足時，第二電池備用模組180便可產生備援用低壓直流電，並供應給系統機箱140中的內部電路加以利用。實際應用中，第二電池備用模組180開始產生備援用低壓直流電的觸發控制信號可由變壓器142a(或電源供應器)提供。

透過上述雙層的備援架構(第一電池備用模組160以及第二電池備用模組180)，第一備援時間與第二備援時間可加總，藉此可等效形成更長的備援時間，並增加電力備援的妥善性，進而提高伺服電腦機組100的穩定性。

此外，伺服電腦機組100中可進一步包含控制模組，控制模組可用來觸發控制第一電池備用模組160以及第二電池備用模組180提供備援電源的動作和時間點。

請一併參閱第2圖，其繪示第1圖中伺服電腦機組100進一步包含控制模組102的示意圖。

如第2圖所示，伺服電腦機組100中更包含一控制模組102，控制模組可包含第一控制單元102a以及多個第二控制單元102b，第一控制單元102a分別與第一電池備用模組160以及電源機箱120耦接，第二控制單元102a則與第二電池備用模組180耦接。

第一控制單元102a與電源機箱120以及第一電池備用模組160耦接，當外部電源200或電源機箱120產生之高壓直流電HVD異常時，控制模組102中的第一控制單元102a觸發第一電池備用模組160產生並提供一備援用高壓直流電，以推動系統機箱140正常運作或進行緊急資料保存功能。

當電源機箱120產生之高壓直流電HVD異常且第一電池備用模組160的備援供電量亦不足時，於此實施例中的控制模組102中的第二控制單元102b便可觸發第二電池備用模組180，第二電池備用模組180便可產生備援用低壓直流電，並供應給系統機箱140中的內部電路加以利用。

實際應用中，第一控制單元102b與第二控制單元102b可整合於單一電路控制器中，或是第一控制單元102b與第二控制單元102b亦可更細分為各自的電路控制元件各自設置於第一/第二電池備用模組當中，本發明並不以此為限。舉例來說，第二控制單元102b可進一步分為多個第二控制子單元(未繪示)，每一個第二控制子單元對應設置於一組第二電池備用單元182上。

透過上述雙層的備援架構(第一電池備用模組160以及第二電池備用模組180)，第一備援時間與第二備援時間可加總，藉此可等效形成更長的備援時間，並增加電力備援的妥善性，進而提高伺服電腦機組100的穩定性。

綜上所述，本發明提出一種伺服電腦機組，其電源機箱與系統機箱之間係直接用高壓直流電進行傳輸，因此，可直接利用直流的電池備用模組進行電力備援，可省去將交流電轉為直流進行備援的步驟(須設置交直流轉換器)，亦可省去須將直流備援電力轉換回交流方可使用(須設置直交流轉換器)的情況，並可將電池備用模組分散至各系統機箱上，不須在電源機箱周圍佔用大量空間。此外，本發明中，在電源機箱與系統機箱之間設置有第一層的電池備用單元(battery backup unit,BBU)，另在系統單元內另設置有第二層的電池備用單元。透過雙層的電池備用單元設置，可延長有效的備援時間，並增加電力備援的妥善性，進而提高伺服電腦機組的穩定性。

雖然本揭示內容已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示內容，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭示內容之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示內容之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．伺服電腦機組

102．．．控制模組

102a．．．第一控制單元

102b．．．第二控制單元

120．．．電源機箱

140．．．系統機箱

160．．．第一電池備用模組

180．．．第二電池備用模組

122．．．電源轉換模組

142．．．系統單元

142a．．．變壓器

142b．．．內部電路

162．．．第一電池備用單元

182．．．第二電池備用單元

200．．．外部電源

HVA．．．高壓交流電

HVD．．．高壓直流電

LVD．．．低壓直流電

為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖繪示根據本發明之一實施例中一種伺服電腦機組的示意圖；以及

第2圖繪示第1圖中伺服電腦機組以及一控制模組的示意圖。

100．．．伺服電腦機組

140．．．系統機箱

120．．．電源機箱

180．．．第二電池備用模組

160．．．第一電池備用模組

142．．．系統單元

122．．．電源轉換模組

142b．．．內部電路

142a．．．變壓器

182．．．第二電池備用單元

162．．．第一電池備用單元

HVA．．．高壓交流電

200．．．外部電源

LVD．．．低壓直流電

HVD．．．高壓直流電

Claims (9)

1. 一種伺服電腦機組，包含：一電源機箱，該電源機箱與一外部電源耦接，其用以將該外部電源供應之一高壓交流電轉換為一高壓直流電；至少一系統機箱，其與該電源機箱耦接，其中該系統機箱包含複數個系統單元，該系統機箱將該高壓直流電分流至該等系統單元，每一系統單元包含一變壓器以及一內部電路，該變壓器用以將該高壓直流電轉換為一低壓直流電，且該低壓直流電用以驅動該內部電路；一第一電池備用模組，耦接於該電源機箱與該等系統單元之間，用以提供一備援高壓直流電；一第二電池備用模組，設置於該等系統單元中並耦接於該等變壓器與該等內部電路之間，用以提供一備援低壓直流電；以及一控制模組，該控制模組分別與該電源機箱以及該第一電池備用模組耦接，當該外部電源異常或該電源機箱產生之該高壓直流電異常時，該控制模組觸發該第一電池備用模組供應該備援高壓直流電。
2. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第一電池備用模組包含一鋰離子電池單元。
3. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第 一電池備用模組包含一鉛酸電池單元。
4. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第二電池備用模組包含一鋰離子電池單元。
5. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第一電池備用模組中儲存有一第一儲電量，該第一儲電量對應一第一備援時間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該控制模組進一步與該第二電池備用模組耦接，當該外部電源異常或該電源機箱產生之該高壓直流電異常，且該第一電池備用模組電量不足時，該控制模組觸發該第二電池備用模組供應該備援低壓直流電。
7. 如申請專利範圍第6項所述之伺服電腦機組，其中該第二電池備用模組中儲存有一第二儲電量，該第二儲電量對應一第二備援時間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第一電池備用模組包含至少一第一電池備用單元，該至少一第一電池備用單元係分別設置於該電源機箱與該至少一系統機箱之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之伺服電腦機組，其中該第二電池備用模組包含複數個第二電池備用單元，該等第二電池備用單元係分別設置於該等變壓器與該等內部電路之間。