Устройство питания сервера

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в качестве источника вторичного электропитания с резервированием и горячей заменой для серверов, телекоммуникационных стоек, а также систем хранения данных и промышленной автоматизации.
Известно устройство [RU 180774, U1, H02J 7/34, 22.06.2018], содержащее размещенные в корпусе источник бесперебойного питания, аккумуляторную батарею, причем, выход источника бесперебойного питания соединен с батареей через устройство отключения тока зарядки батареи при отрицательных температурах, которое управляется контроллером управления, к входу которого подключены датчики температуры батареи и контроллера управления, второй выход источника бесперебойного питания подсоединен к входу источника вторичного питания, к выходу которого подсоединена нагрузка постоянного тока, третий выход источника бесперебойного питания подключен к нагрузке переменного тока, при этом в качестве аккумуляторной батареи использован литий-железо-фосфатный аккумулятор, корпус выполнен пыле- и влагозащищенным ударопрочным, при этом в корпусе выполнены вентиляционные отверстия, герметично закрываемые крышками, снабженными устройством автоматического открывания/закрывания, а контроллер управления содержит внешние интерфейсы для подключения к компьютеру по беспроводным и/или проводным каналам связи, при этом в качестве беспроводной линий связи может быть использовано устройство Bluetooth, а в качестве проводной линий связи - устройство USB.
Недостатком устройства является относительно низкая надежность, что обусловлено отсутствием средств принудительного охлаждения элементов устройства.
Близким по технической сущности к предложенному является устройство [RU 209985, U1, G12B 15/00, 24.03.2022], включающее корпус с материнской платой, блоком питания и разводкой проводов к видеокартам, а также движители воздуха, при этом, корпус выполнен прямоугольным для сбора горячего воздуха от нагревающихся элементов изделий микроэлектроники с разделением потоков холодного и горячего коридора посредством внутреннего пространства камеры корпуса и движителей воздуха в виде корпусных вентиляторов, причем видеокарты располагаются горизонтально, из пространства корпуса забирается горячий воздух, при этом в корпусе дополнительно размещено устройство регулирования потока воздуха на корпусных вентиляторах, в зависимости от температуры окружающей среды.
Недостатком этого технического решения является относительно низкая универсальность, что ограничивает его применение в различных режимах энергообеспечения серверов, систем хранения данных, телекоммуникационного оборудования и т.п.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является адаптер для управления бесперебойным питанием корпоративных коммуникационных систем, [RU 64840, U1, H04Q 7/24, 10.07.2007], содержащий выводы для подключения внешнего источника питания постоянного тока, необходимого для питания электронных схем сетевого адаптера, первый разъем для соединения сетевого адаптера удаленного контроля и управления с предназначенным для обмена данными разъемом агрегата бесперебойного питания, второй разъем для подсоединения сетевого адаптера удаленного контроля и управления к локальной или глобальной вычислительной сети, используемой для обмена данными с абонентами этой сети, средство обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, подсоединенное непосредственно ко второму разъему, первое средство согласования уровней, подсоединенное к первому разъему и соединенное со средством обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, третий разъем для подключения к нему компьютера с целью осуществления компьютерного контроля, настройки и корректировки параметров сетевого адаптера для удаленного контроля и управления агрегатом бесперебойного питания и параметров соединенного с первым разъемом агрегатом бесперебойного питания, второе средство согласования уровней, подсоединенное к третьему разъему и соединенное со средством обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных, стабилизатор напряжения, поступающего через выводы для подключения внешнего источника питания постоянного тока, при этом средство обработки сигналов с программируемым устройством обработки данных содержит встроенный web-сервер, выходные цепи упомянутого стабилизатора подсоединены к цепям питания электронных схем сетевого адаптера, стабилизатор выполнен с несколькими входами с соответствующими им выводами для различных входных напряжений, с целью подключения источника питания постоянного тока с применяемым в системе определенным номинальным напряжением к выводам того входа стабилизатора, который предназначен для такого номинального напряжения, причем, выводы для подключения источника питания постоянного тока для питания электронных схем сетевого адаптера образуют совокупность выводов от нескольких различных входов стабилизатора, предназначенных для подключения источников питания на различные номинальные напряжения, входы стабилизатора соединены с выводами для подключения соответствующих источников питания постоянного тока через защитные и предохранительные средства.
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно низкая надежность ввиду, в частности, отсутствия средств реализации функций резервирования и контроля выходного тока.
Задача, которая решается в полезной модели, заключается в разработке устройства питания сервера и других телекоммуникационных стоек и систем хранения данных и промышленной автоматизации, которые обладают повышенными надежностью путем использования средств реализации функций резервирования и контроля выходного тока.
Требуемый технический результат заключается в повышении надежности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве надежных устройств питания серверов.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, устройство, размещенное на единой плате-основании, содержит входные и выходные разъемы и последовательно соединенные фильтр входного напряжения, вход которого соединен с входными разъемами, диодный мост, корректор коэффициента мощности, транзисторный мост, резонансный преобразователь с силовым трансформатором, синхронный выпрямитель и выходной фильтр, выход которого соединен с выходным разъемом, а также контроллер, интерфейсный блок, датчик тока и резервный источник питания, выходы которого соединены с соответствующими входами диодного моста, корректора коэффициента мощности, контроллера и интерфейсного блока, выполненного с возможностью управления средствами охлаждения, при этом, вход датчика тока соединен с выходом выходного фильтра, а выход соединен с соответствующими входами корректора коэффициента мощности и интерфейсного блока, вход-выход которого соединен с входом-выходом выходного разъема, а соответствующий выход интерфейсного блока соединен с соответствующим входом контроллера, выходы которого соединены с соответствующими входами транзисторного моста, резонансного преобразователя с силовым трансформатором и синхронного выпрямителя.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - функциональная электрическая схем устройства питания сервера;
на фиг. 2 - его монтажная схема на единой плате-основании;
на фиг. 3 - пример размещения устройства в едином корпусе.
На чертеже обозначены:
1 - входной разъем, 2 - входной фильтр, 3 - диодный мост, 4 - корректор коэффициента мощности (ККМ), 5 - транзисторный мост, 6 - резонансный преобразователь с силовым трансформатором, 7 - синхронный выпрямитель (SR), 8 - выходной фильтр, 9 - выходной разъем, 10 - резервный источник питания, 11 - контроллер, 12 - средства охлаждения, 13 - интерфейсный блок, 14 - датчик тока, 15 - корпус, 16 - единая плата-основание.
Устройство питания сервера работает следующим образом.
Устройство питания сервера (либо пара устройств питания - в случае необходимости реализации функции резервирования устройства в целом) устанавливается в серверную стойку типоразмера 1U или 2U через 25-контактную выходную коннекторную плату и подключается к сети питания переменного тока ~220-230 В через типовой разъем IEC320. Устройство выполняет функции вторичного источника электропитания, которые преобразуют питание переменного тока в постоянное напряжение 12 или 48 В для различных сфер применения в широком диапазоне нагрузок: от 800 до 3000 Вт.
При подаче на входной разъем 1 питающего напряжения бытовой сети ~230 В на входной разъем резервный источник 10 питания вырабатывает постоянное напряжение, например, 12 В, для питания драйверов диодного моста 3, корректора 4 коэффициента мощности, синхронного выпрямителя 7 и через интерфейсный блок 11 подает сигнал на выходной разъем 9 для включения сервера.
После подачи ответного сигнала от сервера включаются средства активного охлаждения 12 (например, вентиляторов) и начинается плавный запуск устройства. Входное напряжение фильтруется фильтром 2, выпрямляется диодным мостом 3 и повышается до 400 В в корректоре 4 для питания транзисторного моста 5 и резонансного преобразователя 6.
Контроллер 11 управляет работой транзисторного моста 5, резонансного преобразователя 6 и синхронного выпрямителя 7. В силовом трансформаторе силового преобразователя 6 происходит понижение напряжения с 400 В до 12 В, а также реализована гальваническая развязка. Синхронный выпрямитель 7 обеспечивает передачу выпрямленного напряжения 12 В с минимальными потерями. Затем, после выходного фильтра 8 выходное напряжение поступает на материнскую плату сервера через выходной разъем 9.
На всех этапах работы работают все необходимые защиты, в том числе при помощи датчиков 14 тока, а также осуществляется постоянный обмен данными с сервером по протоколу PMBus (шина I2C) с помощью интерфейсного блока 13 и выходного разъема 9.
В результате, обеспечивается бесперебойное электропитание сервера требуемым постоянным напряжением с возможностью контроля всех необходимых параметров и защит. При работе в паре один блок питания может быть оперативно заменен на другой без необходимости отключения электропитания всего серверного оборудования.
Таким образом, в предложенном устройстве достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении надежности и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы в качестве надежных устройств питания серверов. Предложенное техническое решение реализовано на единой плате-основании и имеет следующие преимущества: высокий КПД (не менее 90% под 50-процентной нагрузкой), стандартный форм-фактор CRPS и типоразмер 1U, широкий диапазон нагрузок 800-3000 Вт при выходном постоянном напряжении 12 или 48 В, высокую надежность и отказоустойчивость ввиду реализации функции резервирования, наличием механизмов защиты и обеспечения возможности горячей замены вследствие размещения на единой плате-основании.