專利名稱：一種集中式rack系統(tǒng)供電的設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及服務器機柜系統(tǒng)供電領域，具體涉及一種集中式RACK供電方法。
背景技術：
互聯(lián)網的快速發(fā)展，使得信息資源呈現(xiàn)爆炸式的增長，人們以網絡為媒體，對信息 的需求也在不斷地增加。各種大規(guī)模的數(shù)據(jù)機房也應運而生。構成數(shù)據(jù)機房的個體一服務 器、存儲機柜的數(shù)量也在不斷增加。隨著信息量的增加，原已建成的機房不能部署更多的機 柜。因此，可移動的集裝箱數(shù)據(jù)機房應運而生。而組成移動機房的單元-RACK機柜的供電 成為一個難點。由此，本文提出了一種集中式RACK供電設計方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種集中式RACK系統(tǒng)供電的設計方法。本發(fā)明的目的是按以下方式實現(xiàn)的，集中式RACK供電是采用兩級供電，采用N+1 冗余電源模塊通過中間電源背板轉出+12V供電總線為機柜中多個計算刀片節(jié)點供電，電 源模塊和計算節(jié)點均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其中，一級電源 是將交流220V市電轉換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內各服務器節(jié)點上，由各服務器節(jié) 點板載的DC-DC 二次電源進行轉換，提供各服務器節(jié)點所需的12V、5V、3. 3V、5VSB、-12V電 壓以及PS-ON和PowerGood開關機的時序信號；二級電源是提高RACK系統(tǒng)內各服務器 節(jié)點主機板的通用性以及對RACK系統(tǒng)內每個服務器節(jié)點提供短路保護功能，一旦某個服 務器節(jié)點發(fā)生短路故障，二級電源能立即斷開并停止向該服務器節(jié)點供電，從而避免整個 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)的機柜服務器系統(tǒng)一般采用220V的交流市電來給服 務器電源供電。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出 +12V供電總線，來給機柜中多個計算刀片節(jié)點供電。同時，供電電源模塊以及計算節(jié)點均采 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，實現(xiàn)無 線纜連接，方便維護。當RACK系統(tǒng)中放置多臺服務器時，不會因為其中某些服務器二級電 源的損壞而影響同一機柜中其它服務器的穩(wěn)定可靠運行。
具體實施例方式集中供電的功能是轉換公共電網的電能，為RACK系統(tǒng)提供持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓 和充足的電流驅動能力，保障RACK系統(tǒng)正常運行。集中式RACK供電的整體設計采用兩級 供電的設計思想，一級電源實現(xiàn)交流220V市電到12V直流的轉換，由12V輸出到系統(tǒng)內各 服務器節(jié)點上，由各服務器節(jié)點板載的DC-DC 二次電源進行轉換，提供各服務器節(jié)點所需 的12V、5V、3. 3V、5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關機的時序信號。由于集中式 RACK供電的整體設計采用兩級供電的設計思想，針對這兩級供電具體設計思路，分別闡述 如下。
一級電源設計采用并聯(lián)、模塊化、N+1冗余、熱拔插和故障檢測、定位、隔離、報警、熱更換和復位 等功能電路的設計方式，保證在任何一個電源模塊發(fā)生硬件故障時，可保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定 的運行。一級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質是通過并聯(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)運行，平均負擔當前的負載，電源陣列比額定 容量多配置一個功率模塊(1200W)，當一個模塊出現(xiàn)故障時，特設的電路將故障模塊從負載 上斷開，其它模塊將立即支持所有負載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電。一級電源系 統(tǒng)通過電源背板向RACK系統(tǒng)各服務器節(jié)點供電。一級電源設計有故障檢測、定位、隔離、報警、熱更換等功能電路，電源子系統(tǒng)內出 現(xiàn)故障時，通過電源內的管理單元發(fā)送信息到RMC，實現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護功能；一 級電源子系統(tǒng)內設計有過壓、過流、溫度過高等多種安全保護電路，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性措施，避免對RACK系統(tǒng)帶來的致命性損害和其他 的安全事故。二級電源的設計二級電源的設計思想提高RACK系統(tǒng)內各服務器節(jié)點主機板的通用性以及對 RACK系統(tǒng)內每個服務器節(jié)點提供短路保護功能(該功能主要是防止RACK系統(tǒng)內某個服務 器節(jié)點發(fā)生短路故障而導致)。一旦某個服務器節(jié)點發(fā)生短路故障，二級電源能立即斷開 并停止向該服務器節(jié)點供電。從而避免整個RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。本功能的有益效果 是當RACK系統(tǒng)中放置多臺服務器時，不會因為其中某些服務器二級電源的損壞而影響同 一機柜中其它服務器的穩(wěn)定可靠運行。關鍵技術分析(1)N+1冗余設計一次電源采用2組3+1冗余設計，可以在任意1個電源模塊失效的情況下仍保證 系統(tǒng)正常工作。(2)熱更換設計電源模塊設計支持熱插拔，可進行無工具拆裝，方便維護人員更換故障單元。故障 單元更換后，電源子系統(tǒng)會重新恢復到正常狀態(tài)。(3)故障可檢測和自處理設計電源子系統(tǒng)內電源模塊出現(xiàn)故障時，能夠將故障模塊進行隔離，發(fā)出告警信息到 監(jiān)控子系統(tǒng)RMC;出現(xiàn)過壓、過流、溫度超標等異常時，電源子系統(tǒng)內的功能電路自動的采 取增大散熱能力或自動斷電等動作，避免對電源和整個系統(tǒng)的不良影響。(4)節(jié)點短路保護功能一旦某個服務器節(jié)點發(fā)生短路故障，二級電源能立即斷開并停止向該服務器節(jié)點 供電。從而避免整個RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。根據(jù)以上供電子系統(tǒng)的設計思想，供電子系統(tǒng)包括電源分配單元PDU、一級電源、 電源背板、節(jié)點中板、二級電源、后備電池。
進入RACK三相380V轉單相220V供電方案，是采用電源分配單元PDU來實現(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，這是因為PDU與普通電源插座相比，其電路設計安排更合理、品質和標準更嚴格、安 全無故障工作時間長、插拔動作頻繁而不易損壞、安裝維護更靈活方便，可以從根本上杜絕 了普通電源插座的因接觸不良、負荷小而造成的頻繁斷電、燒毀、火災等安全隱患。進入機柜的兩組380V三相電通過兩個PDU轉換成N組220V單相電，分別為RACK 系統(tǒng)內的電源模塊和交換機供電等外接設備或者擴充設備供電。實施例—級電源采用1組3+1并聯(lián)冗余供電方式，每個電源模塊配置5000W的額定輸出 功率，總的額定功率可達到15000W。所有的模塊并聯(lián)運行，平均負擔當前的負載，當一個模 塊出現(xiàn)故障時，其它模塊將立即支持所有負載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電。一級 電源設計有故障檢測、定位、隔離、報警、熱更換等功能電路。當電源子系統(tǒng)內出現(xiàn)故障時， 通過電源內的管理單元發(fā)送信息到RMC，實現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護功能；一級電源子 系統(tǒng)內設計有過壓、過流等多種安全保護電路，通過RMC監(jiān)控電源本身以及系統(tǒng)的異常情 況作出防護性措施，避免對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，共1個電源背板。固定在一級電源固定 模塊內；設計指標是每個節(jié)點中板可為最多四個節(jié)點供電。設計高度為2U，支持節(jié)點的熱 拔插功能。熱拔插端子與節(jié)點的金手指的接插件相配套。節(jié)點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行取電。二級電源為提高RACK系統(tǒng)內各服務器節(jié)點主機板的通用性以及對RACK系統(tǒng)內每個服務器 節(jié)點提供短路保護功能(該功能主要是防止RACK系統(tǒng)內某個服務器節(jié)點發(fā)生短路故障而 導致)而引入節(jié)點的二次電源設計。二級電源采用熱插拔設計；二級電源起到的主要作用是可以采用標準的服務器主機板，而不用采用定 制化的非標準的服務器主機板，提高節(jié)點的服務器主機板的通用性。其中12v輸入， 12V/5V/3. 3V/5VSB以及PS-ON和PoweGood時序信號的輸出。24Pin接口提供給主機板供 電，SPin接口給CPU和內存供電，4Pin接口給硬盤供電。RJ45接口把服務器主板的PSMI信 號輸出給RMC管理模塊上。節(jié)點二次電源集成防止節(jié)點短路保護的電路設計，防止某個節(jié) 點發(fā)生短路故障時，自動隔離斷開，保護一級電源系統(tǒng)不宕機。效率在半載情況下90%以 上。除說明書所述的技術特征外，均為本專業(yè)技術人員的已知技術。
權利要求
1.一種集中式RACK系統(tǒng)供電的設計方法，其特征在于，集中式RACK供電是采用兩級 供電，采用N+1冗余電源模塊通過中間電源背板轉出+12V供電總線為機柜中多個計算刀 片節(jié)點供電，電源模塊和計算節(jié)點均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其 中，一級電源是將交流220V市電轉換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內各服務器節(jié)點上， 由各服務器節(jié)點板載的DC-DC 二次電源進行轉換，提供各服務器節(jié)點所需的12V、5V、3. 3V、 5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關機的時序信號；二級電源是提高RACK系統(tǒng) 內各服務器節(jié)點主機板的通用性以及對RACK系統(tǒng)內每個服務器節(jié)點提供短路保護功能， 一旦某個服務器節(jié)點發(fā)生短路故障，二級電源能立即斷開并停止向該服務器節(jié)點供電，從 而避免整個RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。
2.根據(jù)權利要求1所述的供電方法，其特征在于，一級電源采用并聯(lián)、模塊化、N+1冗 余、熱拔插和故障檢測、定位、隔離、報警、熱更換和復位功能電路的設計方式，保證在任何 一個電源模塊發(fā)生硬件故障時，保障系統(tǒng)連續(xù)穩(wěn)定的運行；一級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)運行，平均負擔當前的負載，電源陣列比額定容量多配置一個功率模塊，當一個電 源模塊出現(xiàn)故障時，電路將故障電源模塊從負載上斷開，其它電源模塊將立即支持所有負 載，使其連續(xù)不間斷地為RACK系統(tǒng)供電，一級電源系統(tǒng)通過電源背板向RACK系統(tǒng)各服務器 節(jié)點供電；一級電源設置有故障檢測、定位、隔離、報警、熱更換等功能電路，電源子系統(tǒng)內出現(xiàn)故 障時，通過電源內的管理單元發(fā)送信息到RMC，實現(xiàn)高效的可監(jiān)控和在線維護功能；一級電 源子系統(tǒng)內設置有過壓、過流、溫度過高多種安全保護電路，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性措施，避免對RACK系統(tǒng)帶來的致命性損害和其他的安全事故；進入機柜的兩組380V三相電通過兩個PDU轉換成N組220V單相電，分別為RACK系統(tǒng) 內的電源模塊和交換機供電的外接設備或者擴充設備供電。
3.根據(jù)權利要求1所述的供電方法，其特征在于，為了提高RACK系統(tǒng)內各服務器節(jié) 點主機板的通用性以及對RACK系統(tǒng)內每個服務器節(jié)點提供短路保護功能而引入節(jié)點的二 級電源設計，二級電源設置有12v輸入接口，12V/5V/3. 3V/5VSB以及PS-ON和PoweGood時 序信號的輸出接口，上述接口通過24Pin接口為主機板供電，SPin接口給CPU和內存供電， 4Pin接口給硬盤供電，RJ45接口把服務器主板的PSMI信號輸出給RMC管理模塊上，節(jié)點二 次電源上集成有防止節(jié)點短路保護的電路設計，在某個節(jié)點發(fā)生短路故障時，自動隔離斷 開，保護一級電源系統(tǒng)不宕機，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)供電的設計方法，該方法采用N+1冗余電源模塊通過中間電源背板轉出+12V供電總線為機柜中多個計算刀片節(jié)點供電，電源模塊和計算節(jié)點均采用金手指的連接方式通過電源背板連接在一起；其中，一級電源是將交流220V市電轉換到12V直流，由12V輸出到系統(tǒng)內各服務器節(jié)點上，由各服務器節(jié)點板載的DC-DC二次電源進行轉換，提供各服務器節(jié)點所需的12V、5V、3.3V、5VSB、-12V電壓以及PS-ON和PowerGood開關機的時序信號；二級電源是提高RACK系統(tǒng)內各服務器節(jié)點主機板的通用性以及對RACK系統(tǒng)內每個服務器節(jié)點提供短路保護功能，一旦某個服務器節(jié)點發(fā)生短路故障，二級電源能立即斷開并停止向該服務器節(jié)點供電，從而避免整個RACK系統(tǒng)發(fā)生斷電事故。
文檔編號H02J9/00GK102035247SQ20101051120
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權日2010年10月19日
發(fā)明者吳明生, 姚萃南, 滕學軍, 羅嗣恒 申請人:浪潮電子信息產業(yè)股份有限公司