用于延长电源供应器的保持时间的系统与方法技术方案

本案提供一种在计算系统中对电源供应器(power supply unit,PSU)的能量罐电容器(energy‑tank capacitor)进行充电和放电的系统与方法。电源供应器包括顺向式转换器(forward converter)、降压型转换器(buck converter)、开关盒(switch box)和选项盒(option box)。顺向式转换器包括变压器(transformer)。变压器的初级绕组(primary winding)与次级绕组(secondary winding)分别耦接到电源供应器的输入与输出。顺向式转换器的两个或更多元件与降压型转换器共享，以在启用时支持降压型转换器的功能。开关盒包括电源开关与连接到顺向式转换器的控制器开关。在保持(hold‑up)时间内，当电源供应器的输入电源被中断(interrupted)时，储存在能量罐电容器上的能量能支持服务器系统的功耗(power consumption)。

System and method for prolonging the holding time of power supply

【技术实现步骤摘要】
用于延长电源供应器的保持时间的系统与方法
本公开涉及计算机服务器系统(computerserversystems)，特别涉及计算机服务器系统的电源供应(powersupplies)。
技术介绍
现代服务器农场(Modernserverfarms)或数据中心(datacenters)通常使用大量服务器来处理各种应用服务的处理需求。每个服务器处理各种操作，并且需要一定程度的功耗(powerconsumption)来维持这些操作。其中一些操作是“关键任务(missioncritical)”操作，且这些操作的中断(interruptions)可能导致与这些操作相关的用户的重大安全漏洞(significantsecuritybreach)或收入损失(revenuelosses)。然而，AC电源至数据中心的暂态波动(transientfluctuations)可以是不可预测的(unpredictable)。例如，电源中断(powerinterruptions)可以源自商业电网(commercialpowergrids)，其通常使用易受(vulnerable)天气条件(例如暴风雨(storms)和洪水(flooding))、设备故障(failure)以及主要切换操作(majorswitchingoperations)影响的长传输线(longtransmission)。因此，当输入电源被中断时，在保持时间(hold-uptime)内服务器系统中的电源供应(powersupplies)需要维持具有特定(specific)电压范围的输出。保持时间是在输入电源中断期间，服务器系统无需重置(resetting)或重新启动(rebooting)而可继续运行的时间。在传统的电源供应器(powersupplyunit,PSU)中，有两个转换器级(converterstages)；一个是升压型转换器(boostconverter)，而第二个是接续型转换器(followingconverter)。第一升压型转换器(firstboostconverter)将输入源(inputsource)转换为稳定的(stable)、较高的电压源(voltagesource)。较高的电压源对作为初级电容罐(primarycapacitancetank)的初级电容器(primarycapacitor)进行充电(charges)，以在保持时间内进行供电。接续型转换器级将高压电(highvoltage)转换为电力系统(powersystem)所需的低压输出电压源(lowvoltageoutputvoltagesource)。一旦输入源关闭，储存在初级能量罐电容器(primaryenergytankcapacitor)上的能量(U＝C(dV2)/2)可以在保持时间内支持对应的服务器系统。然而，升压型转换器不仅降低了电源供应器的整体效率(overallefficiency)，而且初级能量罐电容器也需要大的高压电容(highvoltagecapacitance)，其占据了(occupies)电源供应器中的有限空间的大部分。此外，高压电容是昂贵的。最后，由于初级电容器可能仅输出其电容储存容量的30％来作为输出常驻电源需求(outputresidentpowerrequirement)，所以初级电容器为低效的(inefficient)。
技术实现思路
根据本公开的各种示例的系统与方法，通过将改进的电源供应器(improvedpowersupplyunit,PSU)提供至服务器系统(serversystem)来解决上述问题。电源供应器包括顺向式转换器(forwardconverter)、降压型转换器(buckconverter)、开关盒(switchbox)和选项盒(optionbox)。顺向式转换器包括变压器(transformer)。变压器的初级绕组(primarywinding)耦接到电源供应器的输入，而变压器的次级绕组(secondarywinding)耦接到电源供应器的输出。顺向式转换器的两个或更多元件与降压型转换器共享(shared)，以在启用(enabled)时支持降压型转换器的功能。当电源供应器的输入电源(inputpower)被中断(interrupted)时，储存在电压器的次级绕组侧(secondarywindingside)上的次级能量罐电容器(secondaryenergy-tankcapacitor)上的能量能够在保持(hold-up)时间内支持服务器系统(serversystem)的功耗(powerconsumption)。在一些实施方式中，降压型转换器包括耦接到变压器的次级绕组的第一次级侧晶体管(firstsecondary-sidetransistor)、功率晶体管(powertransistor)、电感器(inductor)、输出电容器(outputcapacitor)和降压型控制器(buckcontroller)(例如脉冲宽度调制(pulse-width-modulation,PWM)控制器)。第一晶体管(firsttransistor)、电感器以及输出电容器与顺向式转换器共享。降压型转换器将变压器的次级绕组侧上的次级能量罐电容器转换为电源供应器的输出电压。电容器罐可通过降压型转换器来提供90％的功率量。在一些实施方式中，开关盒还包括控制器开关(controllerswitch)。控制器开关连接到降压型转换器的降压型控制器，并且用以回应于确定电源供应器的输入电压被中断，启用降压型转换器。已启用的降压型转换器启用次级能量罐电容器与电源供应器输出之间的放电路径(dischargingpath)。它可以将次级能量罐电容器转换为电源供应器的稳定输出电压(例如12V)。在一些实施方式中，顺向式转换器还包括连接到变压器的初级绕组的第一初级侧晶体管(firstprimary-sidetransistor)、连接到变压器的次级绕组的第二次级侧晶体管(secondsecondary-sidetransistor)以及与降压型转换器一起共享元件的顺向式控制器(forwardcontroller)(例如PWM控制器)。共享元件包括电感器、第一次级侧晶体管和输出电容器。在一些实施方式中，开关盒的控制器开关可以确定电源供应器的输入电压是否为正常状态。在一些实施方式中，顺向式控制器可以确定电源供应器的输入电压是否正常操作，并且将判定(determination)发送到控制器开关。根据本公开的一个方面，提供了一种用于对电源供应器的次级能量罐电容器进行充电(charging)和放电(discharging)的方法。计算机实现(computer-implemented)方法的步骤包括：监视(monitoring)电源供应器的输入电压，电源供应器包括了具有变压器的顺向式转换器、降压型转换器以及开关盒，该开关盒包括控制器开关以及耦接到变压器的次级绕组的次级能量罐电容器。在输入电压为正常状态的情况下，计算机实现的方法禁用(disenabl本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电源供应器，包括：/n顺向式转换器，包括：/n变压器；/n第一初级侧晶体管，连接到所述变压器的初级绕组；/n第二次级侧晶体管，连接到所述变压器的次级绕组；/n顺向式控制器；以及/n多个共享元件，包含第一次级侧晶体管、电感器和输出电容器；/n降压型转换器，包括：/n功率晶体管；/n降压型控制器；以及/n所述多个共享元件，包含所述第一次级侧晶体管、所述电感器和所述输出电容器；/n开关盒，包括：/n电源开关；以及/n控制器开关，连接到所述顺向式控制器；以及/n选项盒，包括：/n开关或低功率升压型转换器；以及/n次级能量罐电容器，连接到所述开关盒；/n其中，所述变压器的所述初级绕组耦接到所述电源供应器的输入，而所述变压器的所述次级绕组耦接到所述电源供应器的输出。/n

【技术特征摘要】
20181109 US 62/758,109;20190515 US 16/413,2851.一种电源供应器，包括：
顺向式转换器，包括：
变压器；
第一初级侧晶体管，连接到所述变压器的初级绕组；
第二次级侧晶体管，连接到所述变压器的次级绕组；
顺向式控制器；以及
多个共享元件，包含第一次级侧晶体管、电感器和输出电容器；
降压型转换器，包括：
功率晶体管；
降压型控制器；以及
所述多个共享元件，包含所述第一次级侧晶体管、所述电感器和所述输出电容器；
开关盒，包括：
电源开关；以及
控制器开关，连接到所述顺向式控制器；以及
选项盒，包括：
开关或低功率升压型转换器；以及
次级能量罐电容器，连接到所述开关盒；
其中，所述变压器的所述初级绕组耦接到所述电源供应器的输入，而所述变压器的所述次级绕组耦接到所述电源供应器的输出。


2.根据权利要求1所述的电源供应器，其中所述顺向式控制器被配置为确定所述电源供应器的输入电压是否正常操作，并且将判定发送至所述控制器开关。


3.根据权利要求2所述的电源供应器，其中所述控制器开关被配置为确定所述电源供应器的所述输入电压是否正常操作。


4.根据权利要求3所述的电源供应器，其中所述控制器开关还被配置为禁用所述降压型转换器，以回应于确定所述电源供应器的所述输入电压为正常状态。


5.根据权利要求4所述的电源供应器，其中所述控制器开关还被配置为经由充电路径来对所述次级能量罐电容器进行充电，所述充电路径包括：
所述选项盒，包括：
所述开关或所述低功率升压型转换器；以及
所述次级能量罐电容器，连接到所述开关盒。


6.一种用于对电源供应器的能量罐进行充电和放电的方法，包括：
监测所述电源供应器的输入电压，所述电源供应器包括顺向式转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳光华，甯淑珍，詹景翔，施裕华，郑骏龙，
申请(专利权)人：广达电脑股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71