| 摘要：为建设和设计出一流的数据中心机房，应高度关注“IT设备对UPS供电系统的如下关键技术要求和运行特性：允许的"瞬间供电中断"时间，输入电源的“零地电压”以及“双电源输入”的运行特性。 |
5.1 “双电源输入”IT设备的调控原理
如下图2a所示，正常工作时、来自输入电源1和输入电源2的两路50Hz、220Vac的交流电源被分别馈送到"双电源输入"服务器内部的两套直流开关电源模块1和2的输入端上。在这里，两路交流电源分别经各自的带功率因数校正(PFC)功能的、高频开关电源进行AC/DC变换处理后、被变换成两路直流稳压电源Vdc-1和Vdc-2(注:因各厂家的设计思路不同，常见的Vdc的值有两种:分别为48V或24V。这样的两路直流稳压电源Vdc-1和Vdc-2分别经由具有共阴极的二极管D1和D2所构成的共模驱动电路来向服务器中的DC/DC变换器供电。在这里，服务器中的各控制部件所需的各种直流辅助电源均由这样的48Vdc/24Vdc直流电源冉经DC/DC变换器进行处理后，就可获得。从理论上讲，当这种服务器的两路交流输入电源均正常工作时，由上述的两路直流电源供电模块来共同承担服务器所需的负载电流。
在目前市售的IT设备中，我们可能会遇到如下两种产品:
(a)负载均流型的"双电源输入"IT设备
对于这种"双电源输入"的IT设备而言，由于在它的两路直流稳压电源Vdc-l和Vdc-2之间配置有"自动均流"调控电路。所以，正常工作时，由这两路直流电源来平均地分担后接的负载电流。因此，这种具有双电源输入特性的两套直流电源供电模块具有自动均衡带载特性。
在这种"双电源输入"IT设备的运行中，如果遇到其中的一套直流电源供电模块的交流输入电源因故出现停电/"闪断"故障时，由剩下正常工作的另一套直流电源供电模块来继续承担全部负载电流，从而确保这台IT设备能不间断地正常运行。在此条件下，为确保服务器仍能获得足够的"风冷"能力，为这套剩下正常工作的直流电源供电模块中所配置的调速风扇的转速将会自动加快，以便带走更多的热量，从而确保它的安全运行。
从上所述可知:当两路交流输入电源都正常工作时，"双电源输入"IT设备经两套相互独立的开关电源模块1和2来获得它所需的能源。此时，由于每套开关电源模块仅需提供IT设备所需的50%功率。在此条件下，位于每套开关电源模块中的功放管(MOS管或IGBT管)所产生的功耗仅为其额定功耗的25%。所以，可以大大地提高IT设备的可靠性。同"单电源输入"的IT设备相比，这种"双电源输入"的IT设备的可靠性可提高5-6倍左右。
与此同时，两路不同的48Vdc/24Vdc电源还分别驱动两组"N+1"型冗余的风扇组A和B，以便能充分地满足对其内部的各种芯片的"风冷"需求，确保消除掉IT设备因散热不良而可能出现设备加速"老化"/过热保护型的"自动关机"/"热宕机"等故障隐患。
(b) 非均流型的"双电源输入"lT设备
对于这种"双电源输入"的IT设备而言，为了降低成本，IT设备生产厂家并没有在它的两套直流稳压电源Vdc-1和Vdc-2之间配置有"自动均流"调控电路。这样一来，在IT设备的运行中，从这两路直流电源馈送到后接的负载的电流、有可能相差很大。例如:从XX型服务器所检测到两路交流电源A和B的输入电流分别为:10.2A和1.5A，两者之间相差很大。在此条件下，很容易给我们留下"错觉":在这种"双电源输入"的IT设备中的两路交流电源是分别工作在"主、从热备份"工作状态。然而，事实并非如此。在这种非均流型的"双电源输入"IT设备的两路A和B交流输入电源中，并不存在固定的"主、从备用"关系。
类似地，在这种IT设备的运行中，如果遇到其中一套直流电源供电模块的交流输入电源因故出现停电/"闪断"故障时，由剩下正常工作的另一套直流电源供电模块来继续承担全部负载电流，从而确保这台IT设备能不间断地正常运行。
在此、还需说明的是:为了防止位于服务器中的具有双输入供电特性的DC/DC变换器本身因故出现输出停电故障或在它的输出后端出现"短路"故障而导致丢失宝贵的数据的不幸事件发生，往往会采取由两路交流电源分别驱动PCI通信接口及采用镜象冗余调控方式运行的存储模块的设计方案(见图2a)，以便在即便出现这种非常罕见的故障时，也不会出现"丢失存储数据"的事件发生。
5.2 在服务器的开关电源供电系统中、采用热插拔的、"N+1"型并联运行的设计方案
在采用"双电源冗余输入"的、单相的中、高档机架式服务器/刀片式服务器中(见图2a)，为了确保它能获得尽可能高的"可利用率"和优异的可维护性，在所配置的具有"双电源冗余输入"特性的服务器中，不但为它配置有的两套相互独立的直流电源供电模块。而且，还在每套直流电源供电模块所用的直流开关电源供电系统中，采用了具有"热插拨"更换功能的"1+1"型的冗余并联式的设计方案。这样一来，在服务器的运行中，如果"因故"致使其中的某套"1+1"式的冗余并联直流电源模块中的一台开关电源模块被损坏时，它会在将 “被损坏的直流电源模块”自动从冗余并机系统中脱离出来的同时，发出报警信号。此时，值班人员可以通过执行"热插拨"式的在线操作来更换掉已出故障的直流电源模块，无需对整台服务器执行“关机型”的维修操作。这样一来，就可将服务器的“脱机维修时间”降低到零，从而达到最大限度地提高服务器的“可利用率”的目的。
表2 XX牌的7U型刀片式服务器机箱的典型配置表
| 型号 | S型 | E型 | H型 | T型 | HT型 |
| 热插拔刀片托架 | 6个(标配) | 14个(标配) | 14个(标配) | 12个(标配) | |
| 电源模块的功耗 | 0.95KW或 1.45KW电源模块 |
2KW电源模块 | 最多4个2.9KW 电源模块 |
1.3KW电源模块 | 最多支持4个插 拔直流电源模块 |
| 电源类型 | 两个热插拔、冗 余自动检测 | 两个热插拔、冗 余自动检测 | 两个热插拔、冗 余、200V～240V交流电源 | 两个AC热插拔、冗余 自动传感，或两个DC热插拔、冗余自动传感 | 两个热插拔、冗余、-48V到-60V直流或 200V～240V交流电源 |
| 冷却系统 | 4个鼓风机 | 2个鼓风机 | 热插拔鼓风 机和风扇 |
4个风扇(热插 拔、冗余) |
热插拔风扇模块 |
采用这种"双电源输入"IT设备所带来的另一个显著优点是:对输入电源的极强适应能力上。它主要体现在:
(1)允许的输入电压范围:≥±15%，允许的输入频率范围: ≥±10%;
(2)对它的两路输入电源而言，并不要求它们必须具有同频率、同相位和同电压幅值的运行特性。只要这两路输入电源的频率和电压在其所允许的范围之内，不管它们是否来源于三相电源中的那相的220V电源均可确保这种IT设备的安全运行。例如:我们可以分别将230Vac的A相电源和210Vac的B相电源馈送到同一台IT设备的两条输入端上。在此条件下，IT设备均能正常工作。正因为如此，"双电源输入"IT设备被广泛地应用于各种类型的数据中心机房中。
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