CN101501596A - 分布式上电 - Google Patents

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CN101501596A CNA2006800554294A CN200680055429A CN101501596A CN 101501596 A CN101501596 A CN 101501596A CN A2006800554294 A CNA2006800554294 A CN A2006800554294A CN 200680055429 A CN200680055429 A CN 200680055429A CN 101501596 A CN101501596 A CN 101501596A
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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Abstract

描述了一种对系统供电的方法。该方法包括接收指示向多个计算设备供应操作电力的主电源的可获得性的信号，以及响应于所接收的信号，在延迟时间之后，将所述多个计算设备中的每一个从副电源变换到从主电源接收电力，所述延迟时间是对于每个计算设备基本上唯一的种子值的函数。

Description

分布式上电
相关案例的交叉引用
本申请要求于2006年6月1日提交的名称为“数据中心不间断配电架构”的美国临时专利申请No.60/810,449的权益，其全部通过应用并入在此。
技术领域
以下公开涉及用于数据中心的配电架构，例如用于向可扩缩的和/或模块化的数据处理设备高效地输送不间断电力的技术和相关联的装置。
背景技术
为了个人和公司用途，对于各种应用已经广泛地采用计算机。一些计算机作为独立的数据处理设备运行，可能带有诸如打印机和显示设备的外围设备。虽然可用于许多目的，但是如果将多个计算机联网在一起来共享信息和资源，可以实现额外的特征和益处。
可以通过将两个或多个计算设备与信息通道连接来形成计算机网络。一种类型的网络是局域网(LAN)。典型的家用LAN例如可以将两个计算机连接到打印机。典型的公司LAN例如可以允许许多用户共享资源和大量的信息，包括数据库和应用软件。
第二种类型的网络是广域网(WAN)。WAN的一个示例是因特网。诸如因特网的WAN允许许多计算机设备通信消息和共享信息。当多个LAN可与一个或多个WAN互操作时，大大扩大了计算设备通信和共享信息的机会。
从连接到网络的个体计算设备的角度来说，用户可以利用web浏览器应用生成的用户界面指引在网络上的信息的通信。Web浏览器通常被配置为使得用户能够访问在因特网或万维网上的网站。Web浏览器允许用户在网络上以信息的分组来容易地发送和接收消息。这样的信息的分组可以包括搜索引擎网站的地址，诸如www.dogpile.com。
在诸如因特网的网络上共享信息的普及和简易已经导致对支持高网络通信流量的数据处理和存储能力的需要。一个应对这种需要的机制可以被称为数据中心。在因特网的环境中，数据中心可以提供改善性能或增强因特网的用途的处理、存储以及支持功能。数据中心也可以被部署在其它环境中。例如，金融机构可以使用一个或多个数据中心来存储金融账户和交易信息。
数据中心可以提供数据处理和存储能力。在运行中，数据中心可以连接到网络，并且可以接收和响应来自网络的检索、处理和/或存储数据的各种请求。除了广泛的数据处理和数据存储能力之外，数据中心通常支持高速数据传递和路由能力。为了满足未来的网络需求，数据中心能力可以持续扩展。
发明内容
本说明书涉及对电源上电(powering up power supplies)。
在第一通用方面，描述了一种对系统供电的方法。该方法包括接收指示向多个计算设备供应操作电力的主电源的可获得性的信号，以及响应于所接收的信号，在延迟时间之后，将所述多个计算设备中的每一个从副电源变换(transition)到从主电源接收电力，所述延迟时间是对于每个计算设备基本上唯一的种子值的函数。
在第二通用方面，描述了一种用于从副电源变换到主电源的方法。该方法包括：利用副电源对多个系统供电，其中每个系统包括对该系统供电的至少一个副电源；检测主电源；以及从由所述至少一个副电源供电变换到由所述主电源供电。该变换被错开(stagger)，使得所述多个系统的一部分在不同的时间变换。
在另一个普通方面，描述了一种系统。该系统包括：接口，用于接收指示向计算设备供应操作电力的主电源的可获得性的信号；数据存储库，用于存储延迟时间，所述延迟时间是对于每个计算设备基本上唯一的种子值的函数；以及装置，用于在所存储的延迟时间之后，将该计算设备从副电源接收电力变换到从主电源接收电力。响应于所接收的信号而启动了该变换。
在附图和以下的描述中阐明了一个或多个实施例的细节。从描述和附图中以及从权利要求中，其它特征和优点也显而易见。
附图说明
图1是图示了用于数据中心的示例配电架构的示意图，在其中多个模块化的安装在机架上的托板的每一个包括与计算机主板集成的不间断电源(UPS)。
图2-4是图示了用于输送电力来操作具有处理器的DC负荷的示例配电架构的框图。
图5A-5D是示出了在示例配电架构中的电池电路的细节的示意图。
图6-7是图示了可以在配电架构的实施例中执行的示例方法的流程图。
在各个附图中的相同的参考标记指示相同的要素。
具体实施方式
图1是图示了用于数据中心105的示例配电架构100的示意图，在其中多个模块化的安装在机架上的基座(其也可以被称为托板)110的每一个包括与计算机主板120集成的不间断电源(UPS)115。可以通过配置UPS 115以执行仅有的AC到DC整流来实现有效的电力输送，所述AC到DC整流发生在从电力设施线路网(electric utility grid)接收的AC干线电力(AC mains power)与主板120所消耗的DC电力之间。在该示例中，AC干线是指在数据中心105中的使用点处可获得的AC电源。当在数据中心105中在UPS 115处接收时，AC干线电压是由电力设施生成、传送和分发的基本为正弦曲线的AC信号(例如50Hz，60Hz)。AC干线输入电压被转换为DC总线上的单个DC电压，所述DC总线向主板120输送操作电力。在AC干线上产生故障的情况下，电池电路跨DC总线而被电连接以向主板120供应操作电压。
在所描述的示例中，数据中心105包括含有多个托板110的多个机架125A、125B、125C。可以通过三相AC电力线电压向机架125A-125C供电，所述三相AC电力线电压从电力设施130被输送到数据中心105。输送到每个机架125A-125C的AC电力线电压可以例如源自由电力设施操作并由蒸汽或燃气涡轮机驱动的旋转发电机。基本上为正弦曲线的AC电压信号可以被传送到分发点，诸如在设施线路网中的变电站(未示出)。可以从变电站向数据中心105分发电力线电压(例如480伏火线对火线)。在数据中心105，各个相电压(例如208伏火线对零线)被路由到各个机架125A-125C。根据需要可以使用合适的AC到AC变压器(未示出)来以指定的AC电压输送AC电力。例如，降压变压器可以将AC电力从适合于传输的高电压水平变压到基本上能够被直接应用到UPS 115的水平。例如，在一些三相配置中，这样的变压器可以根据需要在WYE和DELTA连接之间做出适当的变压。
除非另外说明，对AC电压的引用应被理解为是指基本上为正弦曲线的电压，并且电压幅度应被理解为是指均方根(r.m.s)值。设施130可以输送适合于对基本上均衡的三相负荷进行供电的基本上对称的三相电压。
在所描述的示例中，将一个相电压和零线(neutral line)分发到每个机架125。机架125和托板110可以被配置以形成基本上均衡的负荷。在其它实施例中，如果数据中心105包括额外(或更少的)机架125，则可以使用类似的分发。作为示例，在机架125A中的示例性的托板110(以放大的细节示出)接收相A电压和零线。机架125A中的每一个托板110接收相同的AC输入电压信号，即相A到零线电压。
类似地，机架125B中的每一个托板110接收相B到零线作为AC输入电压信号，并且机架125C中的每一个托板110接收相C到零线作为AC输入电压信号。在其它实施方式中，可以将不同的相电压分发到机架125A-125C的一个中的托板110，和/或到托板110的每一个的AC输入电压信号可以是火线对火线电压而非火线对零线电压。在各种实施例中，可以将任何实际数量的相(例如，1、2、3、4、5、6...12或更多)分发以向各个托板110提供操作电力。
在所描述的示例中，托板110的每一个被耦接到网络连接140。网络连接140向网络145提供信息通道，所述网络145可以包括例如局域网、虚拟专用网络、广域网(例如因特网)或这样的网络的组合，所述网络可以是有线的、光纤的和/或无线的。远程计算机150表示许多可能的设备中的一个，所述可能的设备可以使用在主板120上的处理器160和相关联的存储器165与一个或多个托板直接或间接地通信数据，以访问、存储、处理和/或检索信息。在一些实施方式中，额外的处理器(例如服务器)可以促进这样的通信。例如，示例性的远程计算机设备150可以被包括在服务器、桌面计算机、膝上型计算机、和/或基于手持式处理器的设备中。一个或多个服务器可以对与该通信相关联的数据流进行预先处理或后处理、监控、路由和/或平衡。
在各种实施例中，主板120可以包括一个、二个、三个、四个或任何其它实际数字的处理器160。在一些实施例中，主板120可以被数据存储设备(例如，硬盘驱动、闪存、RAM、或任何这些或其它类型的存储器的组合)的托板所替代。在这样的实施例中，可以将数据存储设备、带有电池185的UPS 115与数据存储设备集成并支撑在托板110上。在其它实施例中，可以将数据存储设备、带有电池185的UPS115与主板120集成。在各种实施例中，数字处理器可以包括可以是集成的或分离的模拟和/或数字逻辑电路的任何组合，并且可以进一步包括可以执行存储在存储器中的指令的可编程和/或已编程的设备。存储器165可以包括可以由处理器160读取和/或写入的易失性和/或非易失性存储器。主板120可以进一步包括例如中央处理器单元(CPU)、存储器(例如缓存、非易失性、闪存)和/或盘片驱动的一些或全部，以及各种存储器、芯片组和相关联的支持电路。
在一些实施例中，主板120可以提供一个或多个DC到DC转换器以将DC总线电压转换为适合于操作在主板120中的电路的电压。例如，一个或多个DC到DC转换器可以提供调节的输出电压，该输出电压可以包括但是并不限于例如+3.3VDC电力信号、+5VDC电力信号、-5VDC电力信号、+12VDC电力信号以及-12VDC电力信号。
在示例实施方式中，在主板120上的处理器160和存储器165可以形成被配置来处理网络操作的处理系统的至少一部分。作为说明性的示例，主板120可以帮助处理因特网请求。主板可以单独处理信息，或与在其它基于处理器的设备上运行的其它并行处理相结合地处理信息，诸如在数据中心105中的一个或多个其它托板110。
将AC输入电压信号输送到托板110的每一个以由UPS115处理。在一些示例中，AC输入电压信号可以从AC干线接收。UPS115包括AC到DC转换器170，其将AC输入电压信号转换为调节的DC电压。转换器170将所调节的DC电压输出到DC总线175上。在一些实施例中，AC到DC转换器170可以将DC电压调节到静态的设定点。在一些其它实施例中，设定点可以是动态确定的。在一些静态的和动态的实施例中，设定点可以基于电池的特性。将参考图3进一步详细地描述这样的设定点调节的示例。
当AC输入电压信号在正常范围之内时，AC到DC转换器170可以维持对DC总线175的电压调节。可以以各种方式来指定用于典型的正弦曲线的AC信号的正常范围。例如，对于可以是在大约40Hz和1000Hz之间的线频率，诸如约50Hz、60Hz、100Hz、200Hz、300Hz、400Hz、500Hz、......直至大约1000Hz或更大，可以在大约80伏和500伏之间指定一个或多个阈值。作为说明性的示例，对于120伏标称(r.m.s)AC输入电压信号，如果r.m.s电压下降至100伏的第二阈值以下达到预定量的时间，则可以识别故障。在其它实施方式中，可以基于峰值电压来识别故障，例如，如果AC峰值输入电压在任一半周期中降至90伏的第一阈值以下，则能够感知到故障。故障条件可以不受限制地包括全面停电(blackout)、部分停电(brownout)、电压衰降、电涌、与开关设备操作相关的不稳定、或与AC干线相关联的其它的电瞬变。在一些实施方式中，故障条件可以造成或潜在地造成DC负荷中的处理单元的不当操作，例如，如果AC到DC转变器170无法维持对DC总线175上的电压的充分的调节，和/或无法供应充足的电流以操作由DC总线175所服务的DC负荷。
如果AC输入电压信号降至正常范围之外，诸如在故障条件期间，检测电路(未示出)可以发送指示该条件的信号。响应于检测到该故障条件，电池电路180可以被配置为将电池185跨DC总线175连接，使得主板120能够基本上没有中断而继续操作。电池185可以继续向主板115上的电路提供操作电力直到电池185基本上放完电。电池电路180可以包括能够以各种操作模式跨DC总线175对电池的充电和/或放电进行控制的电路。参考图5A、5B进一步详细地描述了示例电池电路。
图2-4是图示了用于输送电力来操作具有至少一个处理器的DC负荷的示例配电架构的框图。例如，在各种实施例中，主板120可以构成DC负荷。在这些示例中，AC到DC转换器170提供发生在AC设施电力网(例如，变电站变压器、传输线、发电机等)和在任一个托板110中的微处理器160之间的唯一的AC到DC整流。
图2示出了在系统200中的示例配电架构，其可以在例如具有大功率需求的大型设备上实现。系统200包括设施AC干线发电机205，用于从诸如电力设施130的设施供应AC干线电压。示例系统200还包括两个备用AC发电机，包括柴油燃料驱动的发电机210和同处一地的(例如涡轮)发电机215。来自发动机205、210、215的电力可以由AC开关设备220结合和/或选择，并经由AC总线225被输送到托板110。在来自发电机205的AC干线上发生故障的情况下，发电机210、215可以向AC总线225提供备份AC输入电压信号。
在一些实施方式中，可以使用基本上异步的能量源来产生基本上为正弦曲线的AC电压信号。例如，可以使用飞轮能量存储和恢复系统。风力或日照产生的能量，诸如由风场或日照场分别提供的能量，可以用作能量源以产生在电力设施线路网中基本上为正弦曲线的AC电压。在这样的实施方式中，所产生的基本上为正弦曲线的信号通过设施线路网传输到AC到DC转换器170的输入口而不介入AC到DC整流。
在与由电池185提供的电池备份的协作过程中，发电机205、210、215可以在短的、中等长度的和/或更长的时间期间上提供基本上不间断的电力来操作在托板110上的DC负荷230。
对发电机210、215的示例使用可以在以下情况下说明：来自发电机205的AC干线电压的故障(例如，部分停电、全面停电)或不可获得性(例如，电路维护)。响应于检测到AC输入电压信号上的故障，将电池185连接以跨DC总线175基本输送电池电压。这样，DC负荷的短期间(例如，全负荷至少10、20、30、40、50、60秒)的操作由从电池185供应的电力维持。可以将柴油发电机210启动以向AC总线225提供电力，优选地在电池185完全放完电之前。对于范围更大的AC电力故障，可以将同处一地的发电机215接上线以提供更有成本效益的操作，或者避免超过对于柴油燃料发电的政府规定的限制。
在一些实施方式中，发电机210、215中的一个或两个可以提供峰值负荷卸负(shedding)能力。例如，可以在每天预期的需求高峰时段期间使用同处一地的发电机215。在一些情况下，这可以允许从电力设施130处协商取得优惠的电力费率。
图3以进一步的细节示出了示例示意图。在各种实施例中，AC到DC转换器170可以将在DC总线上的单个输出电压调节到设定点。在一些实施例中该设定点可以是静止值，或者其可以在操作期间被动态地确定。例如，该设定点可以至少部分地基于电池的一个或多个电力特征。
能够关于其建立设定点的特征可以包括诸如以下的电池特征：电池化学、电池寿命、充电/放电历史、标称最大充电、温度、充电分布型(profile)(例如，在恒定电流下的电压充电率)、对电池内部阻抗的估计值、或者与电池的电力性能有关的其它参数。
除了内部电池特性，设定点可以至少部分地基于电池电路180和DC总线175的电路参数。在一些实施例中，AC到DC转换器170将对DC总线175上的电压调节至的设定点可以是电池充电电路拓扑结构的函数。如果电池充电电路提供电压升压电路(例如，升压转换器、电荷泵、回程(flyback))，那么设定点电压可以基本上位于或低于期望的最大充电电压。如果电池充电电路仅提供电压降压(例如，线性调节器、降压转换器)能力，那么设定点能够被设定到足够高于最大标称充电电压的值，以在相关温度上实现所需要的充电性能，其中考虑了在电力损失和充电电流以及相应的充电时间中的折衷(tradeoff)。根据这样的折衷，设定点可以仅是与满足充电时间的具体要求所需要的一样高。例如，设定点可以被设定为在标称期望电池电压之上大约0.050和大约1伏之间。
在某些实施例中，电池(或电池串)具有比供应到DC负荷(诸如主板120)的电压更高的输出电压。能够使用降压转换器来将从电池输出的电压降低至供应DC负荷所需要的电压。例如，充电/放电控制305(在图5C中示出)能够包括用来降低电池电压的降压转换器。
在其它实施例中，电池能够具有比向DC负荷提供的电压更低的输出电压。在此，充电/放电控制305能够包括诸如升压转换器的步阶(step)转换器，用来将来自电池的电压增高，使得其向DC负荷供应足够的电压。
在各种实施例中，可以基于指定的温度设置设定点电压，诸如0、10、25、30、40、50、......、80摄氏度。在说明性的示例中，设定点可以基于由至少一个温度传感器(未示出)所测量的在电池185内的或电池185周围的温度而被动态地调整。
在所描述的实施例中，UPS115包括与电池185串联连接的充电/放电控制电路305，并且进一步包括与非易失性存储器(NVM)310操作连接的控制器245。
串联连接的电池185和电路305跨DC总线175连接。响应于指示AC输入电压信号上的故障的信号，电路305能够跨DC总线175操作地连接电池185以允许电池通过低阻抗通路向DC负荷230放电。当在AC总线225上的AC输入电压信号没有发生故障时，电路305可以选择性地允许充电电流从DC总线175流出以对电池185充电。
在所描述的实施例中，NVM 310可以存储用于调节AC到DC转换器170的输出的设定点信息。设定点信息可以在制造期间、首次使用时被存储，和/或在托板110的操作期间被动态更新。控制器245和/或AC到DC转换器170可以读取和/或使用所存储的设定点信息来确定如何控制AC到DC转换器170。除了设定点信息，与用于在AC输入和电池操作之间切换的阈值条件有关的信息可以被存储在例如NVM310中。
在其它实施方式中，AC到DC转换器的输出没有被调节；然而，能够在AC到DC转换器和负荷之间插入增压或降压转换器，以向负荷提供适当的电压。此外，能够将AC到DC转换器与增压或降压转换器结合使用，以向负荷提供适当的电压。
例如在NVM 310和在DC负荷230上的一个或多个处理器160之间，可以通过串行或并行接口(其可以具有有线的和/或无线的(例如红外线)物理层)提供到存储在NVM 310中的信息的访问。可以使用处理器160来经由到每个托板110的网络连接140(图1)访问和/或更新在NVM 310中的信息。
可以在DC负荷230上提供额外的数据存储设备。在所描述的示例中，DC负荷230包括与存储器165和硬盘驱动(HDD)315可操作连接的两个处理器160。
图4图示了在机架125上的示例配电架构400。在架构400中，UPS 115通过DC总线175向处理单元405中的多个DC负荷230输送电力。每个DC负荷230跨DC总线175并联连接。输送至DC负荷230的电力在设施干线205和DC负荷230之间仅进行一次从AC到DC的整流。在一个实施例中，处理单元405包括盘片阵列、互联卡以及具有电池的不间断电源。
在各种实施方式中，每个DC负荷230可以具有类似电路或不同电路。DC负荷的各种负荷可以主要提供数据存储、数据处理、数据通信或这些或其它功能的组合。在一个实施例中，DC负荷230位于在机架125中的多个托板上。在另一个实施例中，整个处理单元405位于托板110中的一个上。在一些实施例中，UPS 115与处理单元110集成在单个托板110上。在另外的实施例中，UPS 115可以位于机架125上的别处。处理单元405可以指一个或多个托板、机架或包含一个或多个DC负荷230的其它结构，所述结构可以包括至少一个隔室(bay)、壳体、可移动的或固定的建筑或整个设施，诸如数据中心105。
图5A-5B是示出了在示例配电架构中的电池电路的细节的示意图。
图5A示出用于参考图3描述的充电/放电控制电路305的一部分的示例示意图500。示意图500包括比较器电路505，用来当在DC总线175上的电压降至阈值Voff以下时控制信号Vups。示意图500还包括比较器电路510，用来当在DC总线175上的电压降至阈值Batt_Low以下时控制信号VBatt。参考图6-7进一步详细地描述了信号Vups和Vbatt。
在其它实施方式中，电路510用作为测量电压的运算放大器(opamp)，替代基于对两个输入信号的比较而产生输出的比较器。所测量的电压接着能够在由控制器执行的软件中被比较。
示意图500进一步包括过流保护元件515，在本示例中该过流保护元件515包括保险丝。保险丝515的一个端子连接到电池的正端子，而另一端子连接到DC总线175的正轨(postive rail)。替选地，保险丝515能够被耦接到电池的负端子。在另一个示例中，额外的串联和/或分离设备，以提供过电流、过电压、倒流保护、EMI缓解和/或其它功能。
在所描述的实施例中，一对端子(+电池，-电池)能够连接到电池。负的电池端子(-电池)连接到两个并联通路，通过开关的操作可控制每个并联通路。并联通路中的一个通过电阻器520和开关525将负电池端子连接到DC总线175的负轨。该通路允许在开关闭合时充电电流流过。充电电流的幅度被电阻520的值和DC总线175上的电压与电池(未示出)之间的差异实质上限制了。电池的内部电阻通常比电阻520的值低得多。在一些应用中，可以将电阻520两端的电压降用来测量和/或控制充电电流。
另一个并联通路通过开关530将负电池端子连接到DC总线175的负轨。当开关530闭合时，电池跨DC总线175可操作连接。在该状态下，电池能够向也被跨DC总线175连接的任何DC负荷(未示出)放电和供应操作电力。
开关525、530可以有源地和/或无源地控制。图5B所示出的示例实施例说明了一个实施方式，并且不应将其看作是限制性的。
在图5B中，将电池185建模为具有例如可以表示内部和/或接触电阻的串联电阻540。用于对电池充电的理想的开关525(图5A)被实现为不具有有源控制输入的二极管。在该实施方式中，AC到DC转换器170(未示出)可以将DC总线175调节到足以在感兴趣的温度上正向偏压二极管(开关)525并且足以提供所期望的充电电流的电压。这样，设定点可以是至少为最大充电电压加上二极管压降电压。在一些实施方式中，二极管是可选的。例如，如果假设供应电压将比电池电压高的话，能够以开关来替代二极管。
在图5B的所描述的示例中，至少部分地通过串联电阻和诸如二极管或其它半导体开关的单向电流机制来确定电池充电电流。在其它实施例中，电池充电器可以包括串联通行(series-pass)调节器(例如，低压差(LDO)线性调节器)或开关模式电力转换器(例如，降压式、升压式、降压-升压式、Cepic式、Cuk式、回程式、电荷泵式或谐振式等)中的单个或其组合。可以通过电流镜像技术或使用涉及例如电流感知电阻或电感耦合测量的电流测量反馈技术来控制电池充电电流。
用于将电池放电的理想的开关530(图5A)被实现为背靠背(back-to-back)MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)开关，所述MOSFET开关被配置为在非导通状态中在两个方向上均阻止电流。该开关530响应于可以通过例如控制器245(图3)产生的控制信号535而断开和闭合。在各种实施例中，开关525、530可以包括：肖特基二极管、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或其它半导体或电机械开关(例如继电器)。在其它实施例中，使用诸如降压转换器的降压调节器来实现对电池的放电。
图5C示出了用于电池充电/放电控制拓扑结构的示例示意图550。示意图550包括独立于用来对诸如主板120的负荷供电的电源的充电电压源。充电电压能够被用来对电池185充电(例如，替代用来对负荷供电的电源或除了该电源之外)，该充电电压能够在电池操作期间可选地被连接到电源的输出。
图5D示出了用于电池充电/放电控制的替选的示例示意图580。示意图580和示意图500之间的一个差别是：在示意图580中，-/+VCHG是从充电电压源552而不是直接从AC到DC转换器170接收的。
图6-7是图示了可以在配电架构的实施例中执行的示例方法的流程图。
参考图6，流程图600图示了UPS 115可以执行的示例方法，以处理对于AC输入电压信号的故障条件。在一些实施例中，UPS 115可以执行该方法以调整作为临时电源的到电池和/或离开电池的切换。在一些情况下，执行该方法可以充分地降低和/或防止作为AC故障条件的结果的性能失调(例如数据错误)。例如，电池185可以提供足够的操作电力以维持DC负荷230的操作直到能够将诸如设施干线205或备用发电机210、215的AC源放上线。在一些实施例中，电池185可以在DC负荷230执行指令以完成适度的下电操作时继续提供操作电力。这样的适度的下电操作能够变化很大，但是通常试图减弱可能由故障条件导致的性能失调。这样的失调自身可以例如表现为当处理系统接着被重新启动时的陈旧的或被破坏的数据。
通常，该方法包括可以由控制器(例如控制器245)执行的操作。可以在系统100中在一个或多个处理器160的控制、监控和/或监视下进一步执行操作。还可以由可以是通过耦接到托板110的网络连接140与控制器可操作通信的其它处理和/或控制元件补充或扩增操作。可以由执行有形地包含在信号中的指令的一个或多个处理器执行一些或所有的操作。可以单独地或与执行指令的一个或多个处理器相合作，使用模拟和/或数字硬件或技术来实现该处理。
该方法在当控制器确定AC输入电压信号上存在故障时在步骤605开始。例如，控制器可以通过例如监视AC总线225、由在托板110上的电压监视/故障检测电路提供的电压状态条件信号、和/或在DC总线175处的输出电压(例如图5A中的VUPS)，来识别AC电力故障的出现。在一些实施例中，UPS 115可以包括将VUPS转换为数字值(例如10位的数字值)的模拟到数字转换器。当控制器检测到关键的电压降落至阈值以下时，控制器可以启动AC电力故障程序。在其它的实施例中，控制器可以从外部的组件接收信号，诸如在AC开关设备220中的电力合并器。这样的信号可以指示AC输入电压信号中的故障。在其它的实施例中，AC到DC转换器170可以向控制器发送消息以指示AC电力故障。
如果控制器确定AC电力没有发生故障，则重复步骤605。如果控制器确定AC电力处在故障条件中，则在步骤610中，控制器将UPS 115从AC操作切换至电池操作。例如，控制器可以发送信号以断开开关525并且闭合开关530(图5A)，以跨DC总线175将电池185可操作地连接，使得电池185能够支持DC负荷230。在一些实施方式中，电池未直接连接到DC负荷230。例如，能够将诸如buck(降压)转换器的降压转换器插入在电池185和DC总线175之间，使得当开关530闭合时，电压在被供应到DC负荷230之前就被降低。
接着，在步骤615中，控制器将计时器设定为备用持续时间(backduration time)。定时器可以是控制器中的寄存器，其随着时间的前推而被递减或递增。在一些实施例中，备用持续时间可以表示可以使用或依靠电池电力的持续时间。例如，控制器可以使用期望的电池寿命的估计减去DC负荷230执行适度的下电操作所需要的时间来计算备用持续时间。
在其它实施例中，控制器可以从NVM 310加载备用持续时间。在步骤620，控制器确定AC电力是否被恢复。例如，控制器可以从AC到DC转换器接收关于AC输入电力的当前状态的消息。作为另一个示例，控制器可以轮询AC到DC转换器以确定AC电力是否已恢复。如果控制器确定AC电力已恢复，则控制器可以在步骤625执行操作以切换回至从AC电力操作，并且方法600然后结束。参考图7更详细地描述了用于从电池电力切换至AC电力的示例方法。
如果在步骤620控制器确定AC电力未恢复，则在步骤630，控制器检查VUPS是否小于电池备用(VOFF)的最小电压。如果控制器确定VUPS小于VOFF，则控制器可以在步骤630将计时器设定为下电时间。例如，下电时间可以是DC负荷执行下电操作所需要的时间的估计。在一些示例中，DC负荷的下电操作可以防止数据损失和/或避免因DC电力的突然丧失而致的损害。如果在步骤630中控制器确定VUPS不小于VOFF，则在步骤640中控制器可以确定电池的输出电压(VBATT)是否低于电池低阈值(BATT_LOW)。在一些实施例中，当VBATT低于BATT_LOW时，这可以指示例如存储在电池中的电力是低的并且可以执行适当的下电操作以防止数据损失。如果控制器确定VBATT低于BATT_LOW，则执行步骤635。如果控制器确定VBATT不低于BATT_LOW，则控制器可以检查备用持续时间是否期满。如果控制器确定备用持续时间期满，则执行步骤635。如果控制器确定备用持续时间未期满，则重复步骤620。
此外，在某些实施例中，向主机通知VBATT是否低于BATT_LOW，。该主机然后可以启动操作，诸如减少处理器160的操作负荷或为托板110启动下电过程。这可以是在以下步骤之外或替代以下步骤：通过在图6中从步骤640移到步骤635而将备用持续时间缩短。
在控制器在步骤635中将计时器设定为下电时间之后，控制器可以在步骤650中检查AC电力是否被恢复。如果控制器确定AC电力被恢复，则执行步骤625。如果控制器确定AC电力未恢复，则控制器确定在步骤655中下电时间是否已期满。如果控制器确定下电时间尚未期满，则重复步骤650。如果控制器确定下电时间已期满，则控制器可以在步骤660中将UPS下电(例如，将图5中的开关530断开)并且该方法结束。
图7示出了图示用于从电池备用电力切换至AC输入电力的操作的示例方法700的流程图。例如，在AC电力在AC电力故障(例如，参见图6的步骤625)之后被恢复、或者在维护操作(例如电池测试操作)以后，控制器可以从电池操作切换至AC操作。
在一些实施例中，控制器可以延迟从电池电力操作到AC电力操作的转移以减弱例如到数据中心105的高峰值(例如涌入)电流。可以进一步提供小的固定延迟以确保AC输入电压是稳定的。
如参考步骤625(图6)所描述的，当控制器确定AC输入电力已恢复时，方法700可以开始。首先，在步骤710，控制器可以确定随机延迟参数。例如，随机延迟参数可以存储在NVM 310中，该随机延迟参数表示在切换至AC供电的操作之前延迟(例如1毫秒、1秒、100秒)的时间长度(例如，时间、时钟周期)。
在一些实施例中，可以随机地或伪随机地确定随机延迟参数。例如，控制器可以使用种子(例如，存储在UPS 115上和/或主板120上的存储寄存器中的序列号，当托板首次被启动时的机器时间等)和随机数生成器生成伪随机延迟参数，以生成延迟参数。延迟参数接着可以由控制器245使用和/或被存储在NVM 310中。在另一个示例中，延迟参数可以是随机数(例如，从诸如放射性衰变的物理过程记录的)，其在UPS 115的制造过程期间被存储在NVM 310中。
在其它的实施例中，延迟参数可以是非随机的，而是基于充分唯一的值。例如，每个延迟时间可以基于与托板110、UPS 115或系统的另一个组件相关联的序列号。
在一个实施例中，控制器在步骤715将计时器设定为随机延迟。在其它实施例中，控制器可以使用计数器、实时时钟、具有阈值比较器的模拟上升或衰减电路、或其它适合的延迟设备来监视该延迟。然后，控制器在步骤720中确定VBATT是否低于BATT_LOW。如果VBATT低于BATT_LOW，指示该电池将耗尽，则控制器可以在步骤725中从电池电力切换至AC电力，并且方法700结束。例如，控制器可以通过断开电路500中的开关530(图5A)将电池电力关闭。在示例数据中心105中，所有的电池不太可能将在相同的时间达到放电界限，因而预计在大多数的实施例中该方法不会大大增加在AC输入电压线上的峰值电流。
如果在步骤720中VBATT不低于BATT_LOW，则在步骤730中控制器检查计时器是否期满。如果未达到所指定的延迟，则重复步骤720。如果达到了所指定的延迟，则执行步骤725并且方法700结束。
在某些实施方式中，系统100能够具有多个电源，包括AC电源、电池以及自举电路。AC电源可以是能够对所有的或部分的诸如DC负荷230和控制器245的电负荷供电的主电源。电池能够用作在主电源发生故障的情况下作为主电源的备用的副电源。电池还能够对所有或部分的电负荷供电，并且基本上能够和AC电源一样对电负荷供电。自举电路能够对一部分的电负荷供电。例如，如果电负荷包括DC负荷230和控制器，自举电路能够对控制器供电，但是不对DC负荷230供电。
自举电路可以从电池获取电力，诸如电池185，或单独的电池。在一些实施方式中，可以由超级电容器(super-capacitor)对自举电路供电，所述超级电容器在已将托板引导装入(boot)之后被充电。
当控制器在托板110的初始上电或引导装入序列期间从电池操作切换至AC操作时，能够使用方法700。在一些实施方式中，自举电路能够在开启电池185之前对控制器供电。当由自举电路供电时，控制器能够在托板的初始上电之前将托板110置于从电池185获取电力的电池模式。在通过电池对托板供电后，控制器能够继续方法700。
在其它实施方式中，控制器由自举电路供电并且切换至AC操作而不首先切换至电池操作。例如，自举电路能够向控制器提供电力，使得当控制器检测到存在AC电力时，控制器可以启动方法700。在该示例中，能够与自举电路相关地执行依赖于电池的测量和动作。例如，替代在步骤720中测量VBATT，测量了自举电路的电压输出VBOOT。如果VBOOT指示自举电路不具有足够的电压来对控制器供电，控制器从自举电路切换至AC电力(其类似于步骤725)而不等待计时器期满。
在一些实施方式中，自举电路在接收到指示AC电力的存在的信号之后仅对微控制器供电。在其它实施方式中，自举电路能够在预定的时间提供电力。例如，自举电路能够定期地(例如，每分钟一次)向控制器提供电力使得控制器能够检查AC电力的存在。在另一个示例中，自举电路可以在特定的时间向控制器提供电力，诸如用于托板的排定的开启时间。
在一些实施方式中，控制器能够监视额外的信号(以及指示AC存在的信号)以确定何时开启编程有延迟参数的计数器。例如，在逻辑AND(与)运算中能够将“开启”信号与AC存在信号组合。如果AC存在且确认了开启信号，则开启计数器。否则不开启计数器。
在各种实施例中，电池电压可以是高于和/或低于DC总线上的所调节的电压。在一些实施例中，AC到DC转换器可以调节到设定点电压，所述设定点电压在电池标称全充满电压(fully charged voltage)的50、100、200、250、400、500、......、1000毫伏内。在各种实施方式中，调节设定点可以动态地确定，例如基于电池特征，诸如寿命、使用历史、温度、内部电阻、充电时间响应、放电时间响应或其它与电池电路相关的特征。如果电池电压高于设定点电压，则充电器可以包括增压和/或降压-升压类型转换器电路。
在一些实施例中，托板110可以是模块化的支持结构，其被配置以安装在机架125中的多个位点、槽或位置中的一个。每个托板110可以包括诸如印刷电路板(PCB)的基底，UPS 175和主板120和/或其它DC负荷230可以集成在该基底上。当被安装在机架125中的一个中时，托板110可以提供用于热量管理系统的特征，包括用于空气流动的端口。术语“托板”并不意在指特定的布置，而是指耦接在一起以服务于特定目的的计算机相关组件的任何布置，诸如主板。托板通常可以与其它托板平行地安装在水平的或垂直的机架中，以便允许比具有自由支撑壳体和其它组件的计算机在其它情况下可能达到的更密的群集。术语“刀片”也可以被用来指这样的设备。托板可以在特定的配置中实现，包括作为计算机服务器、交换机(例如电交换机和光交换机)、路由器、驱动器或驱动器组以及其它计算相关设备。
UPS 115的实施例可以被配置为接受各种主或副电池技术。技术可以包括但不限于超级电容器、密封铅酸、镍金属氢化物、镍镉、螺旋缠绕铅酸、碱性以及锂离子。UPS 115可以包括自动检测电池化学性质的电路，并且根据所确定的电池特征调整充电和放电概要信息。在一些实施例中，AC到DC转换器170将DC总线175调节至的设定点可以是对自动检测到的电池特征的响应。在各种实施例中，电池电压可以在大约8伏特和大约26伏特之间，诸如大约9、10、11、12、13、......、23、24或30伏特。
例如，标称12伏特铅酸电池可以具有例如大约13.65伏特的对DC总线的对应的设定点调节，以提供对电池的充足充电。在从对DC总线的13.65伏特调节切换至电池电压的情况下，到DC负荷的输入的电压的瞬变步幅(在该情况中是下降)将是相对小的，诸如小于1伏特。输入电压中的这样的小的改变可以充分减弱DC负荷中的反向瞬变。
电池185可以是单个电池单元(cell)，或者串联和/或并联排列的电池单元的组合。在一些实施例中，UPS中的一个或多个电池在不同于电池备用模式的模式中可以是可热调换(hot swappable)的，在所述不同于电池备用模式的模式中，电池在AC总线225上的故障条件期间正在向负荷放电。可以提供可视的或可听的指示器以向保养人员警示电池是否可以被热调换。
当安装到托板110上时，电池可以被定位和支撑用于快速和便捷的更换。各种快速连接/快速断开的铠装线(例如快接型连接器)、弹簧加载的电接触、卡扣特征、闭锁调整片等可以被用来夹持电池用于稳固连接和快速更换。
AC干线电压，如在此所使用的，可以指通常具有在大约47Hz和大约500Hz之间的基础频率的AC电压源，但不必然地受此限制。AC电压的源可以出自固定的或移动的源，其示例可以包括在交通车辆、卡车、火车、轮船、飞机等上面的旋转电力发电机。旋转发电机是指基本上从将时变磁场耦接到一个或多个导体以产生基本上为正弦曲线的电压而获得的电力的源。在一些实施方式中，将磁场相对于一个或多个导电绕组旋转。在一些其它实施方式中，将一个或多个导电绕组相对于静止的磁场旋转。
在一个实施方式中，作为在从AC发电机到DC负荷230的电力通路中的唯一的AC到DC整流，AC到DC转换器170可以包括用来降低谐波畸变、减弱传导发射、管理涌入电流等的特征。因此，转换器170可以并入硬件、软件或其组合，以提供例如功率因数校正、展布频谱(例如跳频)切换频率、过滤和/或控制电流的启动。
通过采用任何合适的切换转换器和控制策略来提供在确定的设定点的单个输出电压，可以实现转换器170对DC总线电压输出的调节。切换拓扑结构可以包括但不限于前向式、倒转式、Cuk式、SEPIC式、降压式、降压-升压式或任何适当的谐振式或准谐振式AC到DC转换器。在一个说明性的实施例中，至少部分地以具有四个可控制的开关的有源开关矩阵的适当操作来实现AC到DC整流和转换，所述四个可控制的开关对施加到为降压式安排的感应元件上的AC输入电压进行调制。在另一个说明性的实施例中，AC输入电压由不受控制的二极管整流器级所整流，随后被例如使用前向或倒转拓扑结构磁耦接到DC到DC转换级。在另一个说明性示例中，在功率因数输入级的后面是一个或多个级联降压的DC到DC转换器级，以产生在确定的设定点上的调节的电压。可以与开关模式电力转换相结合使用线性调节。从本公开中，本领域的普通技术人员将认识到用于AC到DC转换器170的多个实施方式。
参考例如图4作为说明性的示例，系统400的一些实施例可以以至少四个模式中的任一个来操作。在第一模式中，处理单元405与UPS115一样被关闭。在第二模式中，使用从DC总线175接收的电力对电池185充电。在该第二模式中，电池185可以根据充电算法进行快速充电或涓流充电。在第三模式中，由于电池从DC总线有效地断开并且在AC到DC转换器向DC负荷230供应操作电力期间既不充电也不放电，电池是“浮置的”。在第四模式中，电池可操作地连接到DC总线175，并且放电以向DC负荷230供应操作电力。该四个条件可以响应于在AC总线225上的故障条件而被启动。
在各种实施方式中，在电压源之间的传输可以涉及某些转变次序。例如，AC开关设备220(图2)可以使用基本上“断开前进行”或基本上“进行前断开”的传输次序来在任何发电机205、210、215之间传输。当从AC输入操作切换至电池操作时，在一些实施例中，UPS 115可以在电池185跨DC总线175连接之前、基本上在这期间或者之后禁用AC到DC转换器的操作。如果所有的转换器175输出电流通过例如串联二极管，则可以通过简单地在开关模式控制器(未示出)处禁用DC到DC切换的操作来禁用转换器175。在其它实施例中，可以通过例如半导体开关来主动地断开输出。
已经描述了本发明的多个实施例。然而，应当理解，可以进行各种修改而不背离本发明的精神和范围。例如，备用电池和电源单元两者均可脱离托板110置放。而且，如果以不同的次序来执行所公开的步骤，如果将所公开的系统中的组件以不同的方式组合，或者如果以其它组件替换或增补了所述组件，可以实现有利的结果。因此，其它实施例也在权利要求的范围之内。

Claims (31)

1.一种用于对系统供电的方法，该方法包括：
接收指示向多个计算设备供应操作电力的主电源的可获得性的信号；以及
响应于所接收的信号，在延迟时间之后，将所述多个计算设备中的每一个从副电源变换到从所述主电源接收电力，所述延迟时间是对于每个计算设备基本上唯一的种子值的函数。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述计算设备是从由控制器、电源以及服务器组成的组中选择的。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：基于用于每个计算设备的基本上唯一的序列号为所述每个计算设备确定所述种子值。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述种子值存储在对于所述计算设备可访问的存储器中。
5.如权利要求4所述的方法，进一步包括在所述计算设备的制造期间或部署期间存储所述种子值。
6.如权利要求4所述的方法，进一步包括使用软件输入所述种子值用于存储。
7.如权利要求6所述的方法，其中通过网络输入所述种子值。
8.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于所测量的与所述主电源相关联的峰值涌入电流值调整所述延迟时间。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述调整包括向用来确定所述延迟时间的所述函数供应加权因子，所述加权因子基于所测量的峰值涌入电流值。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述主电源包括AC电源。
11.如权利要求1所述的方法，其中所述副电源包括电池。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述电池是在所述主电源不存在的情况下用来对所述计算设备供电的备用电源。
13.如权利要求1所述的方法，其中所述副电源包括自举电路。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述自举电路由电池供电。
15.如权利要求13所述的方法，其中所述自举电路由超级电容器供电。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述自举电路对所述计算设备的一部分供电。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述副电源包括超级电容器。
18.如权利要求1所述的方法，进一步包括在检测到所述主电源不存在、不稳定或不充分之后，从所述主电源切换至所述副电源。
19.如权利要求1所述的方法，其中通过利用所述种子值对随机值生成器做种子来确定所述延迟时间。
20.如权利要求1所述的方法，其中所接收的信号与所述计算设备的引导装入相关联。
21.如权利要求1所述的方法，其中将所述种子值用作对模数函数的输入来确定所述延迟时间。
22.如权利要求1所述的方法，进一步包括基于所述副电源的输出调整所述延迟时间。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述调整包括：如果所述副电源的所述输出跨过指示低电力条件的阈值，则基本上消除所述延迟时间。
24.如权利要求1所述的方法，其中所述延迟时间设定计时器，所述计时器用于确定：计算设备何时从所述副电源变换到从所述主电源接收电力。
25.如权利要求1所述的方法，进一步包括：接收第二信号，并且如果接收了所述第二信号和指示主电源的可获得性的所述信号，则对所述多个计算设备进行变换。
26.一种用于从副电源变换到主电源的方法，该方法包括：
利用副电源对多个系统供电，其中每个系统包括对所述系统供电的至少一个副电源；
检测主电源；以及
从由所述至少一个副电源供电变换到由所述主电源供电，其中所述变换被错开，使得所述多个系统的一部分在不同的时间变换。
27.如权利要求26所述的方法，其中所述错开的变换基于为每个系统确定的延迟时间。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述延迟时间是所述系统的序列号或所述系统的组件的函数。
29.如权利要求26所述的方法，其中所述变换被错开，使得施加到所述主电源的负荷的斜度保持基本上稳定。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述负荷包括由所述主电源正在供电的所述系统生成的聚合负荷。
31.一种系统，包括：
接口，用于接收指示向计算设备供应操作电力的主电源的可获得性的信号；
数据存储库，用于存储延迟时间，所述延迟时间是对于每个计算设备基本上唯一的种子值的函数；以及
装置，用于在所存储的延迟时间之后，将所述计算设备从副电源接收电力变换到从所述主电源接收电力，其中响应于所接收的信号而启动所述变换。
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