具有本地能量存儲的并行升壓電源的制作方法
【專利說明】具有本地能量存儲的并行升壓電源
[0001]背景
[0002]多個計算設備之間的通信吞吐量持續增長。現代聯網硬件使得物理上分開的計算設備能夠比先前各代聯網硬件快幾個量級地彼此通信。此外，高速網絡通信能力對更大數量的人可用，在人們工作的位置和他們的家中兩者。結果，增加的數據量和服務可經由這樣的網絡通信被有意義地提供。
[0003]具體而言，在與初始生成數據的位置以及將消費經處理的數據遠離的位置處執行數字數據處理已變得更加實際。例如，用戶可以將數字照片上傳到服務器并隨后使得服務器處理該數字照片，從而改變其顏色并對它應用其他視覺編輯。在這樣的示例中，諸如圖片等的數字處理由用戶遠程的設備來執行。對于需要比他們在本地方便地提供的處理能力更大的處理能力的用戶而言，以及對于需要總是可用的處理能力的用戶而言，這樣的遠程數字處理可以比本地處理更有利。
[0004]為了從集中的位置經由網絡通信提供這樣的數據和處理能力，集中的位置一般包括通常安裝在豎直取向的機架中的數以百計或數以千計的計算設備。這樣的計算設備的集合和必需用以支持這種計算設備的相關聯的硬件以及安裝計算設備及相關聯硬件的物理結構在傳統上被稱作“數據中心”。隨著高速網絡通信能力的可用性的增加，以及由此而來的來自集中位置的數據和服務的供應的增加，連同數據中心的傳統利用(諸如先進計算服務和大量計算處理能力的供應)數據中心的尺寸和數量持續增加。
[0005]另外，數據中心(尤其是計算設備自身)常常消耗大量電功率。為了能夠提供不中斷的處理能力，數據中心通常包括在主功率源(如來自公用電網的電功率)變得臨時不可用時，可整體地向數據中心提供功率的一個或多個備用功率源。通常，這樣的備用功率源包括發電機，如由柴油或天然氣來提供動力的那些發電機。因而，在主功率源變得不可用時，向各單獨服務器計算設備供電的電源臨時從電源外部的小型備用電池備用來操作。一旦整個數據中心的備用功率源(如，柴油發電機)變得工作且提供必需的電壓，向各單獨的服務器計算設備供電的電源就檢測這樣的電壓的存在并轉移到從這樣的發電機所提供的電能中汲取它們的功率。
[0006]不幸的是，每一功率源在大約同時檢測發電機所提供的電壓的存在并大約同時尋求轉移到從發電機汲取電功率。因此，在消耗例如2MW電能的數據中心中，發電機將被請求在非常短的時段內(通常是幾毫秒數量級)從幾乎不提供功率轉移到提供全部2MW電能。因為發電機通常具有高輸出阻抗，所以這樣的非常大的瞬變(在需要發電機過快提供過多功率時)可造成電壓下降。在許多情況下，電壓下降可能足以造成電源確定電功率不再被正確地提供且再次轉移到從外部電池備用來操作。在電源轉移到從外部電池備用來操作時，它們可能不再消耗發電機所提供的電功率，并且因此由于電負載的突然降低，發電機所提供的電壓可返回其指定值。一旦發電機所提供的電壓返回其指定值，電源可再次檢測到這樣的電壓的存在并且可再次轉移到從發電機汲取它們的電功率，這再次造成大的瞬變并且再次引入發電機所提供的電壓可被降低的可能性。這樣的循環可重復多次，從而造成非最優操作，并且可能造成裝備損壞。
[0007]概述
[0008]在一個實施例中，諸如用于服務器計算設備等的各單獨的電源可包括本地能量存儲和本地能量存儲升壓轉換器，所述本地能量存儲升壓轉換器使本地能量存儲能夠提供功率同時重用現有電源組件。本地能量存儲可包括電池和電池再充電及調節電路系統，或用于存儲并隨后提供電功率的任何其他機制。本地能量存儲升壓轉換器可包括變壓器和耦合到所述變壓器的晶體管控制的電路，所述晶體管控制的電路可以提升本地能量存儲所提供的電壓使得經升壓的電壓可被提供給現有DC批量存儲電路系統。與本地能量存儲升壓轉換器和現有功率因子校正升壓轉換器串聯的二極管可使DC批量存儲電路系統能夠接收來自本地能量存儲和外部功率源兩者的功率。
[0009]在另一實施例中，本地能量存儲控制器可以按受控制的方式在本地能量存儲和外部功率源之間轉移，以避免使外部功率源過載。這樣的轉移可通過調整現有晶體管控制的電路的占空比來控制，使得外部功率源在轉移時段期間只提供有限量的功率，其中晶體管控制的電路可以是現有功率因子校正升壓轉換器的一部分。可以是本地能量存儲升壓轉換器的一部分的晶體管控制的電路的占空比也可被調整以控制本地能量存儲設備所提供的功率量。
[0010]在另一實施例中，本地能量存儲設備可以從可以是電源的一部分的現有隔離變壓器電路來再充電。從外部功率源汲取的功率可被監視并且如果從外部功率源汲取的功率高于閾值，則本地能量存儲設備的再充電可被掛起。以此方式，電源可以避免僅出于對本地能量存儲設備再充電的目的而具有過量電源容量的大小。
[0011 ] 在又一實施例中，本地能量存儲可以通過與一個或多個服務器計算設備通信向一個或多個服務器計算設備提供功率達延長的時間段，諸如在外部功率源不能正確地操作的情況下。響應于來自電源的本地能量存儲的容量在減小且外部功率源尚未工作的指示，一個或多個服務器計算設備可以執行動作以降低這些服務器計算設備所消耗的功率量，包括例如臨時禁用消耗功率的活動冷卻機制、臨時減緩處理單元的速度、將一個或多個處理任務卸載到其他服務器計算設備、以及其他類似動作或它們的組合。
[0012]提供本概述是為了以精簡的形式介紹將在以下詳細描述中進一步描述的一些概念。本
【發明內容】
并不旨在標識所要求保護主題的關鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。
[0013]當參考附圖閱讀以下詳細描述時，將使得其它特征和優點是顯而易見的。
[0014]附圖簡述
[0015]以下詳細描述在結合附圖參考時可得到最佳的理解，附圖中:
[0016]圖1是示例性現有數據中心功率源及其缺點的框圖；
[0017]圖2是具有本地能量存儲的示例性并行升壓電源的框圖；
[0018]圖3是具有本地能量存儲的示例性并行升壓電源的一部分的電路框圖；
[0019]圖4是具有本地能量存儲的示例性并行升壓電源所實現的示例性功率轉移的圖表；以及
[0020]圖5是具有本地能量存儲的示例性并行升壓電源的示例性操作的流程圖。
[0021]詳細描述
[0022]以下描述涉及具有本地能量存儲的并行升壓電源，所述并行升壓電源由于現有電源組件的再利用而可被經濟地實現并且在外部功率源之間轉移時可提供優點。具有本地能量存儲的并行升壓電源可包括本地能量存儲(如電池的形式，或其他功率存儲組件)和可使本地能量存儲能夠提供功率同時重用現有電源組件的本地能量存儲升壓轉換器。本地能量存儲升壓轉換器可包括變壓器和耦合到所述變壓器的晶體管控制的電路，所述晶體管控制的電路可以提升本地能量存儲所提供的電壓使得經升壓的電壓可被提供給現有DC批量存儲電路系統。與本地能量存儲升壓轉換器和現有功率因子校正升壓轉換器串聯的二極管可使DC批量存儲電路系統能夠接收來自本地能量存儲和外部功率源兩者的功率。具有本地能量存儲的并行升壓電源可以按受控制的方式在本地能量存儲和外部功率源之間轉移，以避免使外部功率源過載。另外，本地能量存儲設備可以從可以是電源的一部分的現有隔離變壓器電路來再充電。從外部功率源汲取的功率可被監視并且如果從外部功率源汲取的功率高于閾值，則本地能量存儲設備的再充電可被掛起。在外部功率源未能正確地操作的情況下，具有本地能量存儲的并行升壓電源就可以向一個或多個服務器計算設備提供功率達延長的時間段，如通過與一個或多個服務器計算設備通信，響應于此，這些服務器計算設備可以執行操作以降低它們的功耗，如通過臨時禁用消耗功率的活動冷卻機制、臨時減緩處理單元的速度、將一個或多個處理任務卸載到其他服務器計算設備、以及其他類似動作或它們的組合。
[0023]出于解說的目的，本文描述的技術參考現有和已知的電源電路系統，如AC到DC轉換電路系統、晶體管控制的降壓或升壓電路系統、變壓器電路系統，等等。然而，對特定電路、電路圖、以及電路組件的引用是嚴格地示例性的，且不旨在將所描述的機制限于所提供的特定示例。確實，本領域技術人員將認識到，存在可實現本文描述的技術和機制的許多替換電路。另外，盡管以下描述將在服務器計算設備電源的上下文內提供，如數據中心中的服務器計算設備通常將使用的，但它們不限于這樣的使用且確實可被用來向消耗電功率的任何設備提供功率。
[0024]轉向圖1，本文所示的系統100示出了數據中心(如數據中心130)通過其接收由處理單元、計算設備、以及數據中心130的其他組件所消耗的電功率的示例性現有系統。通常，數據中心130從電網120接收電功率，如通常由公用電網公司提供的。然而，在替換實施例中，數據中心130的主電功率源可包括由天然氣或生物氣作為燃料的電功率、太陽或風所生成的電功率、以及其他類似替換形式的電功率生產。然而，不管用來向數據中心130提供主電功率的機制如何，這樣的電功率不能完美地可靠，且因此數據中心130通常可包括可在主電功率源(如電網120)故障的情況下向數據中心130提供電功率的一個或多個備用電功率源，如發電機140。
[0025]主電功率源中出現故障的常見場景由圖1中所示的系統100中所示的各步驟來示出。具體而言，在電網120中的停電121的情況下，在步驟141，發電機140可被激活，如圖1的因果箭頭所示。同時，在步驟131，數據中心130的服務器計算設備的各單獨的電源可轉移到可為每一服務器或服務器集合提供的外部備用電池。作為在步驟141激活發電機的結果，