[发明专利]一种高效可靠的数据中心IT设备供电架构

说明书

技术领域

本发明涉及供电电源领域，尤其涉及一种用于数据中心IT设备供电电源技术。

背景技术

现有数据中心IT设备一般采用UPS系统供电，供电损耗大，可靠性低。IT设备一般采用交流220V供电，少量设备采用直流48V、240V等供电，目前，数据中心内IT设备供电系统架构主要有以下四种：

(1)在线式UPS供电系统；

该系统在现有数据中心内应用最广，它的核心设备是双变换在线式UPS电源，为了降低成本，UPS系统通常采用集中供电方式，其特点包括：

①系统结构：UPS电源由整流器、逆变器、控制电路和旁路电路组成，蓄电池接在整流器与逆变器间的直流母线上。为了提高单机的可靠性，UPS通常组成N+1并联冗余方式。

②运行方式：正常时交流市电经整流及逆变后为负载供电，市电停电后由蓄电池经逆变器供电，逆变器故障后由市电经旁路供电。

③优缺点：该系统的优点是可以滤除市电的尖峰脉冲、过电压等问题，同时可以确保市电与电池供电的切换时间为零；由于UPS结构复杂，同时电源经过2次变换，因此它的缺点是可靠性低，损耗大(一般在8％-25％之间)。

(2)在线式48V直流供电系统；

在线式48V直流供电模式早已成熟应用在通信行业，由于数据设备用电量比传统通信设备大得多，因此在数据中心一般采用分散供电方式。该系统的特点包括：

①系统结构：与UPS相比，它取消了逆变器，蓄电池直接挂在整流器输出端，为提高可靠性，整流模块通常采用并联方式；服务器采用48V直流输入电源。

②运行方式：正常时交流市电经直流电源整流后为负载提供直流电源，市电停电后由蓄电池供电。

③优缺点：它的优点是系统成熟可靠；其缺点是系统电压较低，传输距离有限，传输损耗较大。

(3)在线式高压直流(如DC240V)供电系统；

该系统目前还处在试验阶段，没有在数据中心大规模应用，其特点包括：

①系统结构：供电电源结构同集中在线式高压直流供电设备；服务器采用传统交流220V输入电源，可以兼容电压在一定范围内的直流输入。

②运行方式：正常时交流市电经整流为负载提供直流电源，市电停电后由蓄电池供电。

③优缺点：它的优点是比UPS系统可靠性及效率都有提高；其缺点比后备式低压直流供电系统的损耗大，电源设备配置容量大。

(4)后备式低压直流(DC48V或DC12V)供电系统。

该系统目前主要包括Google公司所用的供电方案和Facebook公司所用的供电方案，其中Google的供电方案采用DC 12V电压(简称“DC12V方案”)，Facebook方案采用DC48V电压(简称“DC48V方案”)。该系统的特点包括：

①系统结构：该系统将电源设备分散到数据机房，其中DC12V方案将12V电池配置到每台服务器，前端不再设置其他电源设备；DC48V方案中，每台服务器电源有两个输入，一是交流市电输入，二是直流48V输入，服务器前端设蓄电池机架，一个蓄电池机架(含充电整流器)为6个服务器机架做后备电源。

②运行方式：正常时交流市电直接进入IT设备电源，市电停电后，切换至12V或48V蓄电池供电。

③优缺点：它的优点系统运行效率高；其缺点是蓄电池组分散到机房，提高了机房环境要求。

目前，大部分数据中心IT设备采用集中在线式UPS系统供电，市电经过整流、逆变两次变换，损失一般达到10％-15％，另外，受结构限制，UPS系统的供电可靠性较低，提高冗余(如2N)虽然能提高可靠性，但同时也增加了电源设备投资和损耗。

近几年，一些公司在试用集中在线式高压直流供电，这种系统减少了逆变环节，可以减少损耗约5％，同时也大大提高了供电可靠性。

还有一些公司采用分散后备式低压直流供电，其突出优点是大大提高了系统整体效率。这种系统将电源设备及电池均分散安装到数据机房，主要的问题是：蓄电池和服务器对环境的要求不同，特别是铅酸蓄电池受环境的影响较大，在IT设备正在向高温化发展的背景下，铅酸电池与IT设备同机房安装又限制了这种发展趋势，因此这种方案比较适合对环境温度要求较低但是费用较高的锂电池。另外，这种方案也对IT设备电源有特使要求，不能采用通用电源。