Устройство питания электронно-вычислительного оборудования

Область техники, которой относится полезная модель
Полезная модель относится к компьютерной технике, в частности, к средствам питания электронно-вычислительных устройств, и может применяться, в том числе, в сетевых коммутаторах, серверах, центрах обработки данных и др.
Уровень техники
В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство питания электронно-вычислительного оборудования, содержащее корпус, снабженный средством подключения к источнику питания и выходными средствами подключения, в упомянутом корпусе установлена батарея, состоящая из десяти аккумуляторов (патент РФ на полезную модель RU164539U1, опубликовано 10.09.2016г.). Данное известное средство содержит общий для всего устройства контроллер управления работой. Такое решение не позволяет использовать в устройстве аккумуляторы с различными эксплуатационными параметрами, а также управлять работой каждого из них индивидуально.
Сущность полезной модели
Задачей, решаемой полезной моделью, является расширение эксплуатационных возможностей средств питания электронно-вычислительного оборудования.
Техническим результатом от осуществления полезной модели является возможность использования в устройстве питания аккумуляторов с различными параметрами и индивидуальное управление ими, а также обеспечение непрерывности электропитания в течение не менее 15 минут ИТ оборудования, размещенного в полной загрузке шасси-статива по стандарту ОСРv3.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство питания электронно-вычислительного оборудования, содержащее корпус, снабженный средством подключения к источнику питания и выходными средствами подключения, в упомянутом корпусе установлена батарея, состоящая из десяти аккумуляторов, каждый из которых соединен с упомянутым средством подключения к источнику питания через собственную схему защиты и снабжен собственным блоком управления, при этом каждый блок управления аккумулятором соединен с соответствующей схемой защиты, упомянутые блоки управления аккумуляторами соединены через коммутатор с блоком управления устройством, который соединен с упомянутыми выходными средствами подключения.
Указанный технический результат достигается также тем, что корпус снабжен средствами цветовой индикации состояния устройства.
Указанный технический результат достигается также тем, что в корпусе установлен вентилятор охлаждения, а корпус выполнен с вентиляционными окнами.
Отличительной особенностью полезной модели является наличие десяти аккумуляторов, каждый из которых имеет собственную схему защиты по току и напряжению и блок управления, соединенные с блоком управления работой всего устройства.
Перечень фигур чертежей
На Фиг.1 показан общий вид устройства спереди.
На Фиг.2 показан вид устройства сзади.
На Фиг.3 показана структурная схема устройства.
Осуществление полезной модели
В современном мире потребности пользователей и требования к технологии и обработке информации постоянно растут. Особенно большие изменения происходят в области хранения и обработки больших массивов данных, в так называемых центрах обработки данных.
Центры обработки данных (другое название - системы обработки информации) имеют различную конструкцию и состав ИТ-оборудования в зависимости от того, какая информация обрабатывается, каким способом обрабатывается информация, какое количество информации обрабатывается, хранится или передается в единицу времени, и насколько быстро и эффективно информация должна быть обработана, сохранена или передана.
Степень гибкости систем обработки информации определяют различия их конструкций и позволяют классифицировать их на универсальные или узкоспециализированные, т.е. применимые только для конкретного пользователя или конкретного использования, такого как обработка финансовых транзакций, резервирование авиабилетов, хранение корпоративных данных, глобальные коммуникации, блокчейновые технологии и пр. Кроме того, системы обработки информации могут включать в себя множество аппаратных и программных компонентов, которые могут быть сконфигурированы для обработки, хранения и передачи информации, и могут включать в себя одну или несколько компьютерных систем, систем хранения данных и сетевых систем.
Одним из важных свойств систем обработки информации является их универсальность по типоразмерам ИТ оборудования и по питанию, т.е. возможность быстрого и удобного размещения в шасси-стативах широкой номенклатуры ИТ оборудования. Универсальность, свою очередь, определяется возможностью адаптации системы, как по геометрическим параметрам, так и по функциональным возможностям, и т.д.
Обычно, при создании системы обработки данных, изменяют силовую систему электрического питания шасси-статива, чтобы она соответствовала тому ИТ оборудованию, которое устанавливается в шасси-статив.
Системы обработки информации на основе шасси-стативов  (известных также под названием «стойки») позволяют развёртывать крупномасштабные системы в единой структуре. Такие шасси-стативы могут содержать множество отдельных серверов или серверных узлов (в совокупности называемых «ИТ-оборудование»), которые могут быть также полностью самостоятельными функциональными блоками. Эти отдельные блоки функционируют как системы с самостоятельным управлением и, таким образом, каждый из них оснащён индивидуальными системами управления охлаждением, питанием и локальным управлением системой, независимо от других систем в шасси-стативе. Это ИТ-оборудование также предназначено для размещения в конкретной конфигурации шасси-статива и, таким образом, обычно имеют стандартные размеры по ширине и глубине. Кроме того, в зависимости от конкретных задач, ИТ-оборудование выбирается с определённой стандартной постоянной высотой, которая определяет размер ячеек шасси-статива, в которые это оборудование встраивается.
Таким образом, системы обработки информации (центры обработки данных) состоят из механической составляющей (шасси-статив), электронной (ИТ-оборудования) и силовой (схемы питания).
Настоящая полезная модель направлена на обеспечение бесперебойного питания ИТ оборудование, например форм-фактора 19”, для работы от токоведущей шины шасси-статива (стойки системы обработки данных), путём создания источника питания с дублированием функций защиты и управления десяти отдельных аккумуляторов.
Такие устройства питания необходимы, в том числе, для предотвращения потери данных находящихся в кэш-е RAID контроллера и еще не записанных на диск (отложенная запись - "write-back caching"), в случае аварийного выключения компьютерной системы. При отключении электроэнергии устройство обеспечивает питанием непосредственно модуль кэш-памяти, что позволяет сохранить нужные данные вплоть до возобновления нормальной работы контроллера. Многие RAID-контроллеры позволяют использовать функцию отложенной записи только при наличии модуля резервного питания.
Всё оборудование, которое подключается в шасси-стативе к шине питания имеет возможность работать автономно в течении нескольких минут при аварийном отключении питающего напряжения 380 В на входе. Это достигается благодаря наличию в зонах питания шасси-статива блоков специальных батарейных блоков. В общем виде питание ИТ оборудования происходит следующим образом: входное переменное напряжение 380 В поступает в  распределитель питания, где ток выпрямляется, далее это постоянное нестабилизированное напряжение подаётся на зону питания, в которой установлены блоки питания и преобразуется в постоянное, стабилизированное 12,6 В для шины питания оборудования.
В зоне питания предусматривается установка батарейных блоков, которые преобразуют энергию от собственных внутренних аккумуляторов в постоянное нестабилизированное напряжение номиналом из диапазона 30-50 В и параллельно подключены к штатному преобразователю постоянного тока 30-50 В. Таким образом блоки питания непосредственно ИТ оборудования 12,6 В подключены одновременно и постоянно через преобразователь и к входному напряжению 380 В и к батарейным блокам в соответствии с настоящей полезной моделью.
Устройство питания (батарейный блок) выполняет функции источника бесперебойного питания и встраивается в цепь питания от входного переменного напряжения 380 В и до выходного стабилизированного постоянного напряжения 12,6 В. Оно функционально состоит из аккумуляторов, плат управления, модулей защиты и управления аккумуляторами, собранных в одном корпусе форм-фактора соответствующей модели шасси-статива.
Устройство питания содержит корпус 1, снабженный средством 2 подключения к источнику питания и выходными средствами 3 подключения. Как говорилось выше, корпус 1 выполняется в форм-факторе соответствующей модели шасси-статива.
В корпусе 1 установлена батарея, состоящая из десяти аккумуляторов 4. Каждый из аккумуляторов 4 соединен с входным средством 2 подключения через собственную схему 5 защиты по току и напряжению.
Каждый аккумулятор соединен с собственным блоком 6 управления, который также соединен с соответствующей схемой 5 защиты. В качестве микросхема защиты может использоваться микросхема LTC4364HDE-2, реализующая защиту от пониженного или повышенного напряжения. Также для защиты аккумуляторов 4 может использоваться микросхема LTC4151CMSPBF, являющаяся датчиком тока с возможностью опроса по I2C шине.
Блоки 6 управления аккумуляторами соединены через коммутатор 7 с блоком 8 управления всем устройством, который соединен с упомянутыми выходными средствами 3 подключения. Каждый блок управления 6 снабжен микроконтроллером (например, микроконтроллером Atmega32u4) для реализации функции самодиагностики параметров и работоспособности конкретного аккумулятора 4 и обмена данными через коммутатор 7 с блоком управления по шине I2C. I2C означает последовательную асимметричную шину для связи между интегральными схемами внутри электронных приборов, а также соответствующие интерфейс и протокол.
Устройство может содержать микросхему памяти (модуль EEPROM) для хранения служебных данных.
Корпус 1 может быть снабжен средствами 10 цветовой индикации состояния устройства.
В корпусе 1 может быть установлен вентилятор 10 охлаждения, а корпус может быть выполнен с вентиляционными окнами 11.
Устройство работает следующим образом.
Устройство питания встраивают в цепь питания подключения входных средства 2 к источнику входного переменного напряжения 380 В и выходных средств 3 ко входу источника стабилизированного постоянного напряжения 12,6 В.
На аккумуляторы 4 начинает подаваться ток зарядки через соответствующие схемы 5 защиты. Индивидуальные блоки 6 управления аккумуляторами 4 регулируют подзарядку и преобразует их электроэнергию в постоянное нестабилизированное напряжение номиналом из диапазона 30-50 В, например номиналом 48 В.
Схемы 5 защиты контролируют скачки тока во время подключения и коммуникации устройства, изолируют неисправный аккумулятор, защищают аккумуляторы от перенапряжения.
Блок управления 6 управляет зарядкой соответствующего аккумулятора 4, обеспечивает контроль SOC/SOH соответствующего аккумулятора, обеспечивает регулируемый разряд аккумулятора и мониторинг его состояния.
Блок управления 8 устройством управляет выходными электрическими параметрами, контролирует состояние и работоспособность устройства в целом, передает данные о состоянии работы устройства в систему управления оборудованием шасси-статива.
Системы самодиагностики и контроля могут обеспечиваться собственным автономным питанием от аккумуляторов 4.
Изменяя логические состояния цифровых выводов, блоки управления 6 и 8 могут принудительно отключить любой аккумулятор или группу аккумуляторов, что может потребоваться при аварийной ситуации или для оптимизации работы устройства.
Благодаря наличию индивидуального управления каждый аккумулятором появляется возможность использовать в устройстве аккумуляторы разных видов или с разными эксплуатационными параметрами (например, с различным током зарядки). Известно, что в ходе эксплуатации параметры аккумуляторных батарей меняются вследствие старения. Индивидуальное управление каждым аккумулятором в отдельности позволяет продлить ресурс устройства и время работы устройства без подзарядки.
Благодаря этому удалось добиться бесперебойности питания ИТ оборудования, занимающего все пространство шасси-статива, в течение не менее 15 минут при аварийном отключении источника электропитания.
Устройство питания обладает широкими функциональными возможностями благодаря реализации следующих функций: индивидуальная защита аккумуляторов и индивидуальное управление работой каждого аккумулятора, двойной контур управления каждым аккумулятором и устройством в целом.