專利名稱：一種集中式rack系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及服務(wù)器機(jī)柜系統(tǒng)供電領(lǐng)域，具體涉及一種集中式RACK供電方法。
背景技術(shù)：
互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，使得信息資源呈現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)，人們以網(wǎng)絡(luò)為媒體，對(duì)信息 的需求也在不斷地增加。各種大規(guī)模的數(shù)據(jù)機(jī)房也應(yīng)運(yùn)而生。構(gòu)成數(shù)據(jù)機(jī)房的個(gè)體一服務(wù) 器、存儲(chǔ)機(jī)柜的數(shù)量也在不斷增加。隨著信息量的增加，原已建成的機(jī)房不能部署更多的機(jī) 柜。因此，可移動(dòng)的集裝箱數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)運(yùn)而生。而組成移動(dòng)機(jī)房的單元-RACK機(jī)柜的供電 成為一個(gè)難點(diǎn)。由此，本文提出了一種集中式RACK供電設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種集中式RACK系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明的目的是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，集中式RACK供電是采用兩級(jí)供電，采用N+1 冗余電源模塊通過中間電源背板轉(zhuǎn)出+12V供電總線為機(jī)柜中多個(gè)計(jì)算刀片節(jié)點(diǎn)供電，電 源模塊和計(jì)算節(jié)點(diǎn)均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其中，一級(jí)電源 是將交流220V市電轉(zhuǎn)換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，由各服務(wù)器節(jié) 點(diǎn)板載的DC-DC 二次電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)所需的12V、5V、3. 3V、5VSB、-12V電 壓以及PS-ON和PowerGood開關(guān)機(jī)的時(shí)序信號(hào)；二級(jí)電源是提高RACK系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器 節(jié)點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì)RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能，一旦某個(gè)服 務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障，二級(jí)電源能立即斷開并停止向該服務(wù)器節(jié)點(diǎn)供電，從而避免整個(gè) RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。本發(fā)明的優(yōu)異效果是，傳統(tǒng)的機(jī)柜服務(wù)器系統(tǒng)一般采用220V的交流市電來給服 務(wù)器電源供電。本發(fā)明提出的方案，就是采用N+1冗余電源模塊通過中間電源背板轉(zhuǎn)出 +12V供電總線，來給機(jī)柜中多個(gè)計(jì)算刀片節(jié)點(diǎn)供電。同時(shí)，供電電源模塊以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)均采 用金手指的連接方式通過電源背板連接在一塊。極大地提高了供電系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)無 線纜連接，方便維護(hù)。當(dāng)RACK系統(tǒng)中放置多臺(tái)服務(wù)器時(shí)，不會(huì)因?yàn)槠渲心承┓?wù)器二級(jí)電 源的損壞而影響同一機(jī)柜中其它服務(wù)器的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
具體實(shí)施例方式集中供電的功能是轉(zhuǎn)換公共電網(wǎng)的電能，為RACK系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓 和充足的電流驅(qū)動(dòng)能力，保障RACK系統(tǒng)正常運(yùn)行。集中式RACK供電的整體設(shè)計(jì)采用兩級(jí) 供電的設(shè)計(jì)思想，一級(jí)電源實(shí)現(xiàn)交流220V市電到12V直流的轉(zhuǎn)換，由12V輸出到系統(tǒng)內(nèi)各 服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，由各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)板載的DC-DC 二次電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)所需 的12V、5V、3. 3V、5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關(guān)機(jī)的時(shí)序信號(hào)。由于集中式 RACK供電的整體設(shè)計(jì)采用兩級(jí)供電的設(shè)計(jì)思想，針對(duì)這兩級(jí)供電具體設(shè)計(jì)思路，分別闡述 如下。
一級(jí)電源設(shè)計(jì)采用并聯(lián)、模塊化、N+1冗余、熱拔插和故障檢測(cè)、定位、隔離、報(bào)警、熱更換和復(fù)位 等功能電路的設(shè)計(jì)方式，保證在任何一個(gè)電源模塊發(fā)生硬件故障時(shí)，可保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定 的運(yùn)行。一級(jí)電源采用多模塊并聯(lián)供電方式，優(yōu)化電源分配板上的輸出耦合方式，保證模 塊間的均流輸出。N+1 (2組3+1并聯(lián)供電方式)冗余供電方式不但有效的降低了電源成本， 而且還充分保證RACK系統(tǒng)供電不中斷。這種冗余供電方式的實(shí)質(zhì)是通過并聯(lián)平行操作的 電源模塊，提供分布式電源。所有的模塊并聯(lián)運(yùn)行，平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載，電源陣列比額定 容量多配置一個(gè)功率模塊(1200W)，當(dāng)一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，特設(shè)的電路將故障模塊從負(fù)載 上斷開，其它模塊將立即支持所有負(fù)載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電。一級(jí)電源系 統(tǒng)通過電源背板向RACK系統(tǒng)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)供電。一級(jí)電源設(shè)計(jì)有故障檢測(cè)、定位、隔離、報(bào)警、熱更換等功能電路，電源子系統(tǒng)內(nèi)出 現(xiàn)故障時(shí)，通過電源內(nèi)的管理單元發(fā)送信息到RMC，實(shí)現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護(hù)功能；一 級(jí)電源子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)有過壓、過流、溫度過高等多種安全保護(hù)電路，監(jiān)控子系統(tǒng)可以根據(jù)電 源本身以及系統(tǒng)的異常情況作出防護(hù)性措施，避免對(duì)RACK系統(tǒng)帶來的致命性損害和其他 的安全事故。二級(jí)電源的設(shè)計(jì)二級(jí)電源的設(shè)計(jì)思想提高RACK系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì) RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能(該功能主要是防止RACK系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)服務(wù) 器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障而導(dǎo)致)。一旦某個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障，二級(jí)電源能立即斷開 并停止向該服務(wù)器節(jié)點(diǎn)供電。從而避免整個(gè)RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。本功能的有益效果 是當(dāng)RACK系統(tǒng)中放置多臺(tái)服務(wù)器時(shí)，不會(huì)因?yàn)槠渲心承┓?wù)器二級(jí)電源的損壞而影響同 一機(jī)柜中其它服務(wù)器的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。關(guān)鍵技術(shù)分析(1)N+1冗余設(shè)計(jì)一次電源采用2組3+1冗余設(shè)計(jì)，可以在任意1個(gè)電源模塊失效的情況下仍保證 系統(tǒng)正常工作。(2)熱更換設(shè)計(jì)電源模塊設(shè)計(jì)支持熱插拔，可進(jìn)行無工具拆裝，方便維護(hù)人員更換故障單元。故障 單元更換后，電源子系統(tǒng)會(huì)重新恢復(fù)到正常狀態(tài)。(3)故障可檢測(cè)和自處理設(shè)計(jì)電源子系統(tǒng)內(nèi)電源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，能夠?qū)⒐收夏K進(jìn)行隔離，發(fā)出告警信息到 監(jiān)控子系統(tǒng)RMC;出現(xiàn)過壓、過流、溫度超標(biāo)等異常時(shí)，電源子系統(tǒng)內(nèi)的功能電路自動(dòng)的采 取增大散熱能力或自動(dòng)斷電等動(dòng)作，避免對(duì)電源和整個(gè)系統(tǒng)的不良影響。(4)節(jié)點(diǎn)短路保護(hù)功能一旦某個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障，二級(jí)電源能立即斷開并停止向該服務(wù)器節(jié)點(diǎn) 供電。從而避免整個(gè)RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。根據(jù)以上供電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，供電子系統(tǒng)包括電源分配單元PDU、一級(jí)電源、 電源背板、節(jié)點(diǎn)中板、二級(jí)電源、后備電池。
進(jìn)入RACK三相380V轉(zhuǎn)單相220V供電方案，是采用電源分配單元PDU來實(shí)現(xiàn)。之所以采用PDU而不采用普通電源插排的供電方案，主要是為避免出現(xiàn)RACK安全 隱患，這是因?yàn)镻DU與普通電源插座相比，其電路設(shè)計(jì)安排更合理、品質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格、安 全無故障工作時(shí)間長(zhǎng)、插拔動(dòng)作頻繁而不易損壞、安裝維護(hù)更靈活方便，可以從根本上杜絕 了普通電源插座的因接觸不良、負(fù)荷小而造成的頻繁斷電、燒毀、火災(zāi)等安全隱患。進(jìn)入機(jī)柜的兩組380V三相電通過兩個(gè)PDU轉(zhuǎn)換成N組220V單相電，分別為RACK 系統(tǒng)內(nèi)的電源模塊和交換機(jī)供電等外接設(shè)備或者擴(kuò)充設(shè)備供電。實(shí)施例—級(jí)電源采用1組3+1并聯(lián)冗余供電方式，每個(gè)電源模塊配置5000W的額定輸出 功率，總的額定功率可達(dá)到15000W。所有的模塊并聯(lián)運(yùn)行，平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載，當(dāng)一個(gè)模 塊出現(xiàn)故障時(shí)，其它模塊將立即支持所有負(fù)載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電。一級(jí) 電源設(shè)計(jì)有故障檢測(cè)、定位、隔離、報(bào)警、熱更換等功能電路。當(dāng)電源子系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故障時(shí)， 通過電源內(nèi)的管理單元發(fā)送信息到RMC，實(shí)現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護(hù)功能；一級(jí)電源子 系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計(jì)有過壓、過流等多種安全保護(hù)電路，通過RMC監(jiān)控電源本身以及系統(tǒng)的異常情 況作出防護(hù)性措施，避免對(duì)RACK系統(tǒng)帶來的致命性損害和其他的安全事故。電源背板，支持的電源模塊的數(shù)量為4個(gè)，共1個(gè)電源背板。固定在一級(jí)電源固定 模塊內(nèi)；設(shè)計(jì)指標(biāo)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)中板可為最多四個(gè)節(jié)點(diǎn)供電。設(shè)計(jì)高度為2U，支持節(jié)點(diǎn)的熱 拔插功能。熱拔插端子與節(jié)點(diǎn)的金手指的接插件相配套。節(jié)點(diǎn)中板通過分配板后端的端子 的接插件與電源背板相連接來進(jìn)行取電。二級(jí)電源為提高RACK系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì)RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器 節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能(該功能主要是防止RACK系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障而 導(dǎo)致)而引入節(jié)點(diǎn)的二次電源設(shè)計(jì)。二級(jí)電源采用熱插拔設(shè)計(jì)；二級(jí)電源起到的主要作用是可以采用標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器主機(jī)板，而不用采用定 制化的非標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器主機(jī)板，提高節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器主機(jī)板的通用性。其中12v輸入， 12V/5V/3. 3V/5VSB以及PS-ON和PoweGood時(shí)序信號(hào)的輸出。24Pin接口提供給主機(jī)板供 電，SPin接口給CPU和內(nèi)存供電，4Pin接口給硬盤供電。RJ45接口把服務(wù)器主板的PSMI信 號(hào)輸出給RMC管理模塊上。節(jié)點(diǎn)二次電源集成防止節(jié)點(diǎn)短路保護(hù)的電路設(shè)計(jì)，防止某個(gè)節(jié) 點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，自動(dòng)隔離斷開，保護(hù)一級(jí)電源系統(tǒng)不宕機(jī)。效率在半載情況下90%以 上。除說明書所述的技術(shù)特征外，均為本專業(yè)技術(shù)人員的已知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種集中式RACK系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，集中式RACK供電是采用兩級(jí) 供電，采用N+1冗余電源模塊通過中間電源背板轉(zhuǎn)出+12V供電總線為機(jī)柜中多個(gè)計(jì)算刀 片節(jié)點(diǎn)供電，電源模塊和計(jì)算節(jié)點(diǎn)均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其 中，一級(jí)電源是將交流220V市電轉(zhuǎn)換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上， 由各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)板載的DC-DC 二次電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)所需的12V、5V、3. 3V、 5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關(guān)機(jī)的時(shí)序信號(hào)；二級(jí)電源是提高RACK系統(tǒng) 內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì)RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能， 一旦某個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障，二級(jí)電源能立即斷開并停止向該服務(wù)器節(jié)點(diǎn)供電，從 而避免整個(gè)RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電方法，其特征在于，一級(jí)電源采用并聯(lián)、模塊化、N+1冗 余、熱拔插和故障檢測(cè)、定位、隔離、報(bào)警、熱更換和復(fù)位功能電路的設(shè)計(jì)方式，保證在任何 一個(gè)電源模塊發(fā)生硬件故障時(shí)，保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行；一級(jí)電源采用多模塊并聯(lián)供電 方式，優(yōu)化電源分配板上的輸出耦合方式，保證模塊間的均流輸出，N+1冗余是所有的電源 模塊并聯(lián)運(yùn)行，平均負(fù)擔(dān)當(dāng)前的負(fù)載，電源陣列比額定容量多配置一個(gè)功率模塊，當(dāng)一個(gè)電 源模塊出現(xiàn)故障時(shí)，電路將故障電源模塊從負(fù)載上斷開，其它電源模塊將立即支持所有負(fù) 載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電，一級(jí)電源系統(tǒng)通過電源背板向RACK系統(tǒng)各服務(wù)器 節(jié)點(diǎn)供電；一級(jí)電源設(shè)置有故障檢測(cè)、定位、隔離、報(bào)警、熱更換等功能電路，電源子系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)故 障時(shí)，通過電源內(nèi)的管理單元發(fā)送信息到RMC，實(shí)現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護(hù)功能；一級(jí)電 源子系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置有過壓、過流、溫度過高多種安全保護(hù)電路，監(jiān)控子系統(tǒng)根據(jù)電源本身以及 系統(tǒng)的異常情況作出防護(hù)性措施，避免對(duì)RACK系統(tǒng)帶來的致命性損害和其他的安全事故；進(jìn)入機(jī)柜的兩組380V三相電通過兩個(gè)PDU轉(zhuǎn)換成N組220V單相電，分別為RACK系統(tǒng) 內(nèi)的電源模塊和交換機(jī)供電的外接設(shè)備或者擴(kuò)充設(shè)備供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的供電方法，其特征在于，為了提高RACK系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié) 點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì)RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能而引入節(jié)點(diǎn)的二 級(jí)電源設(shè)計(jì)，二級(jí)電源設(shè)置有12v輸入接口，12V/5V/3. 3V/5VSB以及PS-ON和PoweGood時(shí) 序信號(hào)的輸出接口，上述接口通過24Pin接口為主機(jī)板供電，SPin接口給CPU和內(nèi)存供電， 4Pin接口給硬盤供電，RJ45接口把服務(wù)器主板的PSMI信號(hào)輸出給RMC管理模塊上，節(jié)點(diǎn)二 次電源上集成有防止節(jié)點(diǎn)短路保護(hù)的電路設(shè)計(jì)，在某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)，自動(dòng)隔離斷 開，保護(hù)一級(jí)電源系統(tǒng)不宕機(jī)，在半載情況下效率90%以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種集中式RACK系統(tǒng)供電的設(shè)計(jì)方法，該方法采用N+1冗余電源模塊通過中間電源背板轉(zhuǎn)出+12V供電總線為機(jī)柜中多個(gè)計(jì)算刀片節(jié)點(diǎn)供電，電源模塊和計(jì)算節(jié)點(diǎn)均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其中，一級(jí)電源是將交流220V市電轉(zhuǎn)換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，由各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)板載的DC-DC二次電源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)所需的12V、5V、3.3V、5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關(guān)機(jī)的時(shí)序信號(hào)；二級(jí)電源是提高RACK系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器節(jié)點(diǎn)主機(jī)板的通用性以及對(duì)RACK系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)提供短路保護(hù)功能，一旦某個(gè)服務(wù)器節(jié)點(diǎn)發(fā)生短路故障，二級(jí)電源能立即斷開并停止向該服務(wù)器節(jié)點(diǎn)供電，從而避免整個(gè)RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。
文檔編號(hào)H02J9/00GK102035247SQ20101051120
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者吳明生, 姚萃南, 滕學(xué)軍, 羅嗣恒 申請(qǐng)人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司