CN118158932A - 供电架构、整机柜服务器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及服务器供电领域，提供一种供电架构、整机柜服务器，供电架构包括集中式转换整流装置和多个DC‑DC转换模块，集中式转换整流装置用于外接供电线路，提供高压直流输出，多个DC‑DC转换模块分布式配置于整机柜服务器的各用电设备位置，分别与集中式转换整流装置和相应的用电设备电连接，DC‑DC转换模块用于从集中式转换整流装置获取高压直流电，将其转换为适合相应的用电设备使用的低压直流电。本申请将转换整流的部分进行集中，将多个DC‑DC转换模块分布配置到各个用电设备位置，可以解决配电和配置问题，大大降低了供电损耗，保证供电质量，能够更好地适应整机柜服务器的供电需求。

Description

供电架构、整机柜服务器

技术领域

本申请涉及服务器供电领域，尤其涉及一种供电架构、整机柜服务器。

背景技术

服务器通常需要高质量的低压直流电(如12V/54Vdc)作为电源，这种直流电通常由工频交流电或高压直流电(如270Vdc)转换而来。随着服务器对供电功率需求的持续增长，一台服务器常常需要多个电源供应单元(PSU)提供电力。目前，服务器的供电方式主要分为分布式供电和集中式供电两种。

分布式供电方式中，每台服务器由多台PSU(Power Supply Unit，电源供应器)供电，如图1。每个PSU都包含完整的电路组件，如MI(Electromagnetic Interference，电磁干扰)+PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)、DC-DC转换器和辅助电源等。PSU的AC输入(或高压直流输入)首先经过PFC整流为约400V的高压直流电，然后经过DC-DC转换器转换为低压直流电。然而，这种供电方式的缺点在于无法实现供电容量的灵活配置。一旦确定了PSU配置，供电容量和重要特性如保持时间也就随之确定。此外，每台PSU都需要独立的交流输入线缆，在三相供电时需要考虑均衡问题，这使得整机柜的交流配电变得复杂。

集中式供电如图2所示。在这种方式中，整机柜服务器采用一种集中供电方式，即将电源集中于一处(一般称为power shelf)，再将低压直流通过母线馈送到各个服务器。这种方式简化了整机柜的交流配电，更容易实现三相均衡，并且降低了对单个服务器用电容量的限制。然而，由于power shelf的输出端口到服务器等用电设备采用低压(例如12V)输送，导致在低电压供电时产生较大的损耗。此外，单个服务器的供电稳定性可能会受到其他用电设备的影响，导致供电质量低于分布式供电方式。

因此，现有的分布式供电和集中式供电两种供电方式均存在各自的不足之处，无法很好地满足整机柜服务器的供电需求。

发明内容

本申请的目的是提供一种供电架构、整机柜服务器，用于解决现有的分布式供电和集中式供电两种供电方式均存在各自的不足之处，无法很好地满足整机柜服务器的供电需求的问题。

本申请提供一种供电架构，适用于整机柜服务器，包括：

集中式转换整流装置，用于外接供电线路，并提供高压直流输出；

多个DC-DC转换模块，分布式配置于整机柜服务器的各用电设备位置，分别与所述集中式转换整流装置和相应的用电设备电连接，所述DC-DC转换模块用于从所述集中式转换整流装置获取高压直流电，并将其转换为适合相应的用电设备使用的低压直流电。

根据本发明提供的一种供电架构，所述集中式转换整流装置的输入电源包括三相输入电源，所述集中式转换整流装置设置有多个AC-DC模块，且AC-DC模块的数量为3n，其中n为大于0的自然数。

根据本发明提供的一种供电架构，所述集中式转换整流装置中的多个AC-DC模块共用储能电容组。

根据本发明提供的一种供电架构，还包括：

电池备份单元，所述电池备份单元用于在所述集中式转换整流装置的输入电源断电情况下提供紧急备用电源。

根据本发明提供的一种供电架构，所述集中式转换整流装置设置有多个输入电源；供电架构还包括供电管理系统，所述供电管理系统用于在满足预设条件时进行所述集中式转换整流装置的输入电源切换。

根据本发明提供的一种供电架构，所述供电管理系统包括：

检测模块，用于检测所述集中式转换整流装置各输入电源的供电电压和所述集中式转换整流装置的输出端的输出电压；

第一切换模块，用于实现所述集中式转换整流装置的各输入电源之间的切换；

第二切换模块，用于实现所述集中式转换整流装置与所述多个DC-DC转换模块连接的状态和所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态之间的切换；

报警模块；

控制装置，与所述检测模块、第一切换模块和第二切换模块连接，所述控制装置用于：

基于所述检测模块的检测信号，判断所述集中式转换整流装置的各输入电源的供电状态；

确定所述集中式转换整流装置当前供电的输入电源供电异常，且其他输入电源中的至少一个供电正常时，生成第一控制指令，所述第一控制指令包括：控制第一切换模块切换至供电正常的输入电源供电，控制第二切换模块切换至所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态，并在完成切换后所述集中式转换整流装置的输出端的输出电压达到预设值时，控制第二切换模块切换至所述集中式转换整流装置与所述多个DC-DC转换模块连接的状态；

确定所述集中式转换整流装置的全部输入电源供电异常时，生成第二控制指令，所述第二控制指令包括：控制第二切换模块切换至所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态，并控制报警模块发出报警信息。

根据本发明提供的一种供电架构，所述DC-DC转换模块的数量大于所述整机柜服务器中用电设备的数量。

根据本发明提供的一种供电架构，所述多个DC-DC转换模块基于相应的用电设备的用电需求分别提供对应的低压直流输出，并根据所需功率进行独立调整。

根据本发明提供的一种供电架构，所述集中式转换整流装置通过母排或电缆与所述多个DC-DC转换模块电连接。

本申请还提供一种整机柜服务器，包括如上所述的供电架构。

本申请提供的供电架构、整机柜服务器，打破通用电源的限制，将转换整流的部分进行集中，并将多个DC-DC转换模块分布配置到各个用电设备位置，区别于传统的集中式供电和分布式供电形式，既可以解决配电和配置问题，又大大降低了供电损耗，保证了供电质量，能够更好地适应整机柜服务器的供电需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是背景技术中分布式供电方式的结构示意图；

图2是本申请提供的集中式供电的结构示意图；

图3是本申请提供的供电架构的结构示意图；

图4是本申请提供的供电架构中AC-DC模块的安装位置示意图；

图5是本申请提供的供电架构中AC-DC模块与储能电容组的配合结构示意图；

图6为本申请提供的供电架构中DC-DC转换模块的示意图；

图7是本申请提供的供电架构中供电管理系统的连接关系示意图；

附图标记：

10、集中式转换整流装置；11、AC-DC模块；20、DC-DC转换模块；30、储能电容组；40、用电设备；51、检测模块；52、第一切换模块；53、第二切换模块；54、报警模块；55、控制装置。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的供电架构进行详细地说明。

如图3所示，本申请实施例提供的一种供电架构，适用于整机柜服务器，包括集中式转换整流装置10和多个DC-DC转换模块20；集中式转换整流装置10用于外接供电线路，并提供高压直流输出；多个DC-DC转换模块20分布式配置于整机柜服务器的各用电设备40位置，分别与集中式转换整流装置10和相应的用电设备40电连接，DC-DC转换模块20用于从集中式转换整流装置10获取高压直流电，并将其转换为适合相应的用电设备40使用的低压直流电。

本实施例中，集中式转换整流装置10将外部交流供电线路接入后转换为稳定的高压直流电输出，其输出的电压大于或等于400V，以供配置于各个用电设备40的DC-DC转换模块20使用。这种装置一般集成了整流、滤波以及可能的功率因数校正等技术，确保对整机柜服务器提供高效、高质的直流电源。DC-DC转换模块20将输入的直流电压转换为另一固定或可调的直流电压，在该供电架构中，它们被分布式地安装在整机柜服务器内各个用电设备40(例如服务器)附近，负责将集中式转换整流装置10提供的高压直流电转换为满足特定用电设备40需求的低压直流电。

本实施例的供电架构创新地结合了集中化和分布式的优势，首先采用集中式转换整流装置10将市电或其他外部电源高效转化为高压直流电，减少了初级转换过程中的能量损失。多个DC-DC转换模块20分散布置在整机柜服务器内的各个用电点位，实现了就近供电，减少了长距离低压直流传输带来的线路损耗，同时简化了布线复杂度和提高了配电灵活性。由于每个DC-DC转换模块20仅针对其服务的设备进行精确电压匹配转换，因此整体供电链路的效率得到提高，不仅降低了能耗，而且提升了整个系统的可靠性和运行效率。通过这种供电方式，每个用电设备40都能获得稳定、高质量的低压直流电，有效避免了电源波动对服务器性能的影响，尤其对于需要严格电压控制的高性能计算部件至关重要。总结来说，这种新型供电架构有效地解决了传统数据中心服务器供电系统存在的能耗大、布线复杂、供电品质不均等问题，更符合现代大型数据中心绿色节能和高效运维的需求。

集中式转换整流装置10作为集中转换的前端部分，一方面可以高效运行，效率可以达到98.5％以上；另一方面，由于没有了集中式供电时由服务器侧传入的高温，工作环境大为改善。可以减小散热风扇使用量或风扇转速，甚至可以采用无风扇自然散热方式，从而减小了风扇噪声，降低了成本。

根据本发明实施例的供电架构，集中式转换整流装置10的输入电源包括三相输入电源，集中式转换整流装置10设置有多个AC-DC模块11，且AC-DC模块11的数量为3n，其中n为大于0的自然数。

本实施例中，集中式转换整流装置10内部设有多个AC-DC模块11，这些模块是实现交流电(AC)向直流电(DC)转换的关键元件。每一个AC-DC模块11都能够独立接收并处理三相交流电中的某一相，通过整流、滤波等一系列过程，将其转化为高压直流电。集中式转换整流装置10连接三相输入线路，能够充分利用三相电源的优势，以达到负载均衡和提高电能利用率的目的。而内部配备3n个AC-DC模块11的设计，是为了确保对三相电源的每一相都有足够的处理能力，从而保持三相交流电的平衡状态，避免因某相负载过重导致的供电不平衡问题，进一步提升了供电系统的稳定性与可靠性。

具体而言，当AC-DC模块11的数量设置为3n时，理论上每相至少可以分配到n个模块进行并联或串联操作，这样可以根据实际负荷情况灵活调整，既保证了三相电流平衡，又能在高负载情况下通过多模块并联增大供电容量，或在低负载时通过关闭部分模块实现节能效果。这种设计方案有助于实现更高的电源转换效率，降低系统损耗，对整机柜服务器的长期稳定运行和节能减排具有显著的技术优势。

如图5所示，在本发明一些实施例中，集中式转换整流装置10中的多个AC-DC模块11共用储能电容组30。

储能电容组30通常由一组或多组电容器组成，在整流过程中起到关键作用，主要是用来存储和释放瞬时能量，改善功率因数，平滑输出电压，以及减少电压纹波。储能电容组30可以吸收并缓存由于输入交流电波动或负载变化引起的电流突变，帮助维持输出直流电压的稳定，这对于服务器等敏感负载设备至关重要。通过合理配置储能电容组30，可以有效地抑制整流过程产生的谐波电流，减少对电网和其他电气设备的干扰，符合现代电力电子设备对绿色电能质量和环保的要求。储能电容组30能够协助AC-DC模块11在非线性负载条件下提供无功功率补偿，从而提高整个供电架构的功率因数，减少无效功耗，增加电能的有效利用率。

本实施例的集中式转换整流装置10，多个AC-DC模块11共用同一个储能电容组30使各个模块可以在不同的工作阶段动态利用这一公共的能量缓冲区，优化电能分配，避免重复配置储能元件造成的资源浪费。体现了对整流系统小型化、高效化和智能化的追求，有利于构建出更为紧凑、稳定且高效的整机柜服务器供电解决方案。

图6为DC-DC转换模块20的示意图，DC-DC转换模块20的高压开关网络将输入的高压直流信号转换为高频交流信号，然后通过变压器进行降压和隔离，最后由低压整流电路将输出的交流信号转换为稳定的低压直流信号。

在本发明实施例中，DC-DC转换模块20被分布式部署到各个用电设备40，这种布局设计使得每个用电设备40都能获得近距离、定制化的低压直流电源供应。通过直接从集中式转换整流装置10取电并转换为符合特定设备需求的电压等级，如54V、48V或12V等，大大提高了电源转换的效率和灵活性。

在整机柜服务器的供电架构中，多个DC-DC转换模块20根据各自对应连接的用电设备40的具体用电需求，为其提供相应电压等级的低压直流输出。每个DC-DC转换模块20都具备独立调节输出电压和电流的能力，可以根据用电设备40的瞬时或长期功率需求进行动态调整。这种设计的优势在于：每个用电设备40可能有不同的电压和电流需求，多个独立的DC-DC转换模块20可以分别针对不同设备进行精细化供电，确保为每台设备提供最适合的电压水平，提高设备工作效率和使用寿命；当用电设备40的负载需求发生变化时，与其连接的DC-DC转换模块20可以迅速响应，调整输出功率，既保证了设备的正常运行，又避免了不必要的电能浪费；若DC-DC转换模块20数量大于用电设备40数量，还可以提供冗余支持，当某个模块故障时，其它模块可以接管其供电任务，维持服务器正常运转；独立的DC-DC转换模块20设计允许在不影响其他模块和设备运行的情况下进行模块的维护、更新或更换，大大提高了系统的可维护性和可用性。DC-DC转换模块20根据用电设备40的实际功率需求进行灵活配置，既能确保为每台设备提供恰如其分的功率输出，又能避免过度配置导致的能源浪费。

可选地，DC-DC转换模块20的数量大于整机柜服务器中用电设备40的数量。多余的DC-DC转换模块20可用于备份，当某个DC-DC转换模块20出现故障时，系统可以自动或人工切换到备份模块，确保服务器始终得到充足的、稳定的电源供应，从而提高系统的整体可用性和可靠性。如果服务器内各用电设备40的功率需求随着时间发生变化，多余模块可以帮助实现动态负载均衡，避免单个DC-DC转换模块20过载，延长电源模块使用寿命，同时也确保了供电质量的稳定性。随着服务器的发展和升级，未来可能增加新的用电设备40。预先部署更多的DC-DC转换模块20，可以减少后期改造的成本和复杂性，提前做好硬件扩容的准备。在实际运维过程中，多余模块的存在允许运维人员在不停止服务器运行的前提下，对已损坏或即将达到维护周期的DC-DC转换模块20进行热插拔替换，确保数据中心的连续运营。总的来说，DC-DC转换模块20数量大于用电设备40数量的设计，能够提高数据中心供电系统的可靠性、可用性以及未来的可扩展性。

可以理解的是，由于DC-DC转换模块20只涉及直流到直流的转换而不涉及交流到直流的过程，故其故障率相对较低，无需考虑复杂的双路N+N冗余(即每一路均有两套完全独立且同时工作的冗余系统)。在这种情况下，采用较为经济和实用的N+1冗余策略即可保证供电的高可靠性——即在N个正常工作的DC-DC转换模块20基础上，额外配置一个冗余模块，一旦任何单一模块发生故障，冗余模块立即接手，确保供电连续不断，从而降低了整个供电架构的故障风险和维护成本。

在本发明一个实施例中，供电架构还包括电池备份单元，电池备份单元用于在集中式转换整流装置10的输入电源断电情况下提供紧急备用电源。

电池备份单元主要由一组或多组电池组成，通常是免维护的阀控铅酸电池(VRLA)、锂离子电池或其他类型的储能电池，能够在集中式转换整流装置10的主输入电源(例如市电)中断时立即投入工作，提供高压直流的紧急备用电源。

本实施例中，通过设置电池备份单元可以提供安全和冗余机制。在主电源出现故障或断电时无缝切换至备用模式，确保整机柜服务器不会因突然断电而导致数据丢失或系统崩溃，实现不间断供电服务。极大地提高了整个供电架构的可靠性和可用性，即使在极端情况下也能保证重要设备继续正常运行，满足数据中心对于持续运行时间和灾难恢复计划的要求。除了提供临时电源，电池备份单元还能在切换过程中维持输出电压的稳定，防止电压突变对服务器等精密负载造成损害。

可选地，电池备份单元设置有智能管理系统，智能管理系统可以监测电池的状态，包括电量、健康状况和预期寿命，确保在关键时刻电池能够可靠启动，并及时通知维护人员更换老化或存在问题的电池。

结合图7，在本发明一些实施例中，集中式转换整流装置10设置有多个输入电源；供电架构还包括供电管理系统，供电管理系统用于在满足预设条件时进行集中式转换整流装置10的输入电源切换。

集中式转换整流装置10被设计为能够接收和处理来自多个不同源头的输入电源。具备多路输入接口，例如采用双电源输入结构，可以同时接入至少两种不同的交流电源(AC+AC)或者一种交流电源和一种直流电源(AC+DC)，这样的设计增强了系统的冗余性和抗故障能力。前端配置的双电源输入结构有助于在任一输入电源出现故障、品质下降或者需要维护时，迅速且无间断地切换至另一可用电源，从而确保了对下游负载持续稳定的电力供应。

供电管理系统集成了智能监控和决策功能，能够实时检测各输入电源的工作状态，并在预设条件触发时(如电压异常、电流波动、频率不稳定等情况)执行自动切换操作。这一智能化管理机制极大地提升了供电系统的整体可靠性和运行效率，有效避免了因电源问题引发的系统停机或设备损坏风险。

在一个实施例中，供电管理系统包括检测模块51、第一切换模块52、第二切换模块53、报警模块54和控制装置55。检测模块51用于检测集中式转换整流装置10各输入电源的供电电压和集中式转换整流装置10的输出端的输出电压。第一切换模块52用于实现集中式转换整流装置10的各输入电源之间的切换。第二切换模块53用于实现集中式转换整流装置10与多个DC-DC转换模块20连接的状态和电池备份单元与多个DC-DC转换模块20连接的状态之间的切换。控制装置55与检测模块51、第一切换模块52和第二切换模块53连接，控制装置55用于：基于检测模块51的检测信号，判断集中式转换整流装置10的各输入电源的供电状态；确定集中式转换整流装置10当前供电的输入电源供电异常，且其他输入电源中的至少一个供电正常时，生成第一控制指令，第一控制指令包括：控制第一切换模块52切换至供电正常的输入电源供电，控制第二切换模块53切换至电池备份单元与多个DC-DC转换模块20连接的状态，并在完成切换后集中式转换整流装置10的输出端的输出电压达到预设值时，控制第二切换模块53切换至集中式转换整流装置10与多个DC-DC转换模块20连接的状态；确定集中式转换整流装置10的全部输入电源供电异常时，生成第二控制指令，第二控制指令包括：控制第二切换模块53切换至电池备份单元与多个DC-DC转换模块20连接的状态，并控制报警模块54发出报警信息。

本实施例的供电管理系统，通过集成的智能检测与切换机制，构建一个高度可靠的电源供应环境，最大程度保障了系统在面对各种电源故障情况时的连续稳定运行。

可选地，检测模块51包括第一电压传感器、第二电压传感器、数据采集单元、微处理器和通信接口等。第一电压传感器和第二电压传感器串接到电源线路中，第一电压传感器用于实时测量和监测集中式转换整流装置10各输入电源线路的电压值，第二电压传感器用于实时测量和监测集中式转换整流装置10的输出端的电压值。信号调理电路用于对于第一电压传感器和第二电压传感器输出的原始信号进行处理，包括信号放大、滤波(去除噪声和高频干扰)、偏置调整和信号隔离等步骤，使其满足后续数据采集单元的输入要求。经过调理后的电压和电流信号会被送入数据采集单元，数据采集单元负责将这些模拟信号数字化，并按照预设的采样率进行连续或周期性的采集。数据采集单元与微处理器相连，将数字化后的信号传输给微处理器进行分析处理。微处理器内置或通过软件编程实现电压阈值判断、故障诊断等功能。微处理器通过通信接口与供电管理系统中的控制装置55进行通信，报告检测结果和异常状态，并接收控制指令。这些通信接口可以是RS-485、CAN总线、I2C、SPI、以太网等标准协议接口。

可选地，第一切换模块52包括接触器、驱动电路、同步控制机制、保护元件、状态检测与反馈以及机械或电气互锁。接触器是第一切换模块52中最基本的电气开关器件，用于在多个输入电源之间执行安全、可靠地切换。根据实际需求，可能会使用电磁接触器、固态继电器或混合型接触器，确保在切换时能够承受较大电流和电压冲击。驱动电路用于控制接触器的动作，它接收来自控制装置55的指令信号，并将其转换为接触器所需的驱动信号，确保接触器能够在恰当的时间准确闭合或断开。在切换电源时，为防止电压中断和电流浪涌，第一切换模块52可能还配备了同步切换控制逻辑，确保在两个电源相位一致时进行切换，减小对负载的影响。保护元件包括熔断器、断路器、过载保护继电器等，在切换过程中或切换后起到保护作用，防止过载、短路或其他故障对设备造成损害。第一切换模块52内部通常带有状态指示器和传感器，用于检测当前电源通断状态，并将这些状态信息反馈给控制装置55，形成闭环控制。机械或电气互锁确保在任何时刻只有一个电源投入使用，防止电源间的反向馈电或同时供电引起的问题。第一切换模块52能够在供电管理系统控制下，依据检测模块51提供的电源状态信息，及时、准确地切换集中式转换整流装置10的输入电源，确保供电的连续性和安全性。

可选地，第二切换模块53包括转换开关、电池管理系统、控制逻辑电路、驱动组件、互锁机制、状态监测与反馈。转换开关用于在集中式转换整流装置10与电池备份单元之间进行切换。转换开关通常设计成自动切换，能够在毫秒级别内完成从主电源到备用电源的转换，以确保供电连续性。电池管理系统用于监控电池状态，包括电压、电流、温度和SOC(State of Charge)，确保电池在需要时能提供稳定、安全的电力输出。控制逻辑电路接收供电管理系统的命令信号，根据检测模块51反馈的信息作出判断，决定何时进行电源切换。控制逻辑电路可以是嵌入式微控制器或专用集成电路，负责执行预设的切换策略。驱动组件用于驱动转换开关执行切换动作。这可以是电磁驱动器或固态继电器等，确保切换过程快速、准确且无火花产生。互锁机制具备电气或机械互锁功能，以防止在切换过程中出现电源冲突或短路现象，确保在任何时刻只能有一个电源路径对DC-DC转换模块20供电。状态监测与反馈模块内部包含状态监测元件，监测并反馈当前的电源连接状态(集中式转换整流装置10供电或电池供电)，并将这些信息实时传递给供电管理系统，形成闭环控制。第二切换模块53的作用在于确保在集中式转换整流装置10的输入电源失效时，能够快速、平稳地切换到电池备份单元供电，同时在主电源恢复正常后，能够再次安全地切回到主电源供电，以此来保障整机柜服务器等关键设备的不间断运行。

控制装置55可以是嵌入式微控制器、可编程逻辑控制器、工业级计算机、电力电子控制器、现场可编程门阵列或复杂可编程逻辑器件等。控制装置55作为整个供电管理系统的中枢，它基于检测模块51反馈的实时数据进行分析判断，并据此生成相应的控制指令：

当判定正在供电的输入电源供电异常，但仍有其他正常供电源时，控制装置55会生成并发送第一控制指令，控制第一切换模块52切换到正常电源，并暂时启用电池备份，待集中式转换整流装置10成功切换并稳定输出至预设电压值后，再重新切换回集中式转换整流装置10直接供电的方式。

在所有输入电源均出现问题导致供电异常的情况下，控制装置55将生成第二控制指令，不仅立即切换至完全依赖电池备份单元向DC-DC转换模块20供电，还会启动报警模块54发出警报，通知相关人员及时处理电源故障。

报警模块54是供电管理系统中用于发出警告和警报的组件，其功能是当系统检测到异常情况时，立即通知相关管理人员或运维人员。报警模块54的具体实现形式可以包括但不限于以下几种：

声音报警器，通过蜂鸣器、喇叭等设备发出响亮的声音警报，提醒周围人员注意供电系统的异常情况。

灯光报警器，利用LED灯、警示灯塔或显示屏等方式，通过闪烁不同颜色的灯光来表示不同级别的报警信息，直观展示故障状态。

短信/电话报警系统，通过GSM模块、4G/5G无线通信模块等将报警信息以短信或电话的形式发送至预设的手机或管理平台，便于远程实时监控和处理。

网络报警系统，将报警信息通过以太网、工业总线(如Modbus、Profinet等)发送至数据中心的监控系统、SCADA系统或云平台，实现集中监控和远程报警。

邮件报警系统，当发生故障时，通过SMTP协议发送电子邮件至指定邮箱地址，方便相关人员查看详细的报警信息和故障记录。

组合报警系统，结合以上多种报警方式，设计一套复合型报警模块54，确保在不同场合和条件下，都能及时有效地传达报警信息。

报警模块54的设计可根据实际应用场景的需求和条件选择合适的报警方式，确保在供电系统发生异常时，能够快速、准确地将故障信息传达给相关人员，以便及时采取应对措施。

在本发明一些实施例中，供电架构还可以包括HVDC供电系统，HVDC供电系统与集中式转换整流装置10可替代使用，通过HVDC供电系统能直接为多个DC-DC转换模块20供电。

可选地，供电管理系统还包括第三切换模块，第三切换模块与控制装置55电连接，第三切换模块可以用于实现HVDC供电系统和集中式转换整流装置10之间的供电切换。

HVDC供电系统具有更低的传输损耗和更高的电能质量，可以直接为多个分布式配置的DC-DC转换模块20提供高压直流电。为了实现HVDC供电系统与集中式转换整流装置10之间的灵活切换，供电管理系统增设了第三切换模块。该第三切换模块与供电管理系统的控制装置55电连接，具备智能控制功能，可以根据系统的运行状态、电源质量、负载需求等因素，在HVDC供电系统与集中式转换整流装置10之间进行无缝切换。举例来说，当集中式转换整流装置10的输入电源不可用或者出于节能考虑时，控制装置55可以通过第三切换模块将供电来源切换至HVDC供电系统，确保整机柜服务器的电力供应始终保持稳定和可靠。这种灵活的切换机制不仅可以提升供电系统的可用性和可靠性，还可实现能源的最优分配与利用，降低整体运营成本。

在本发明一些实施例中，集中式转换整流装置10通过母排或电缆与多个DC-DC转换模块20电连接。

母排是一种用于汇集和分配大电流的矩形或条形导体，常见于电力系统和大型设备的配电环节。在本实施例中，集中式转换整流装置10将转换后的高压直流电通过母排输送给各个DC-DC转换模块20，这种方式具有较高的电流承载能力和良好的散热性能，适合大规模、大电流的直流供电系统，而且能够简化布线，提高整体供电系统的可靠性和效率。

电缆是指由一根或多根相互绝缘的导电线芯置于密封护套中构成的组件，用于传输电能或电信号。如果采用电缆连接，集中式转换整流装置10可以通过定制的高压直流电缆将电流传送给各个DC-DC转换模块20。电缆连接方式更为灵活，可以根据机房布局和设备位置进行定制长度和走向，适于复杂环境下的安装与布线，同时也能满足一定的电流容量要求。

无论是母排还是电缆，这两种连接方式都可确保集中式转换整流装置10所产生的高压直流电能够安全、高效地传输至各个DC-DC转换模块20，以便将高压直流电转换为适合各用电设备40使用的低压直流电。

本发明实施例还提供一种整机柜服务器，包括如上所述的供电架构。

本发明实施例的整机柜服务器，由于包含本发明实施例的供电架构，因此同样具备供电架构的优势。

具体来说，本发明通过供电架构，巧妙地融合集中式和分布式供电的优点，有效解决了整机柜服务器在集中式供电母线损耗过大和分布式供电配置不够灵活的问题，有益效果如下：

1、分离AC-DC与DC-DC转换：将传统PSU中的AC-DC整流和DC-DC变换过程分解，AC-DC模块11集中布置，实现一次转换为高压直流电；而DC-DC转换模块20则根据实际需求分布于各个用电设备40附近，实现二次转换为设备适用的低压直流电。

2、降低母线损耗：设母线电阻为Rbus，母线电压为Vbus，需要传输的功率为Wbus，则母线的损耗Pbus为：

不同母线电压传输同等功率的损耗比为：

如果直流母线电压由54V升高至400V，则

损耗可以降低近55倍。如果母线电压由12V升高至400V，则

损耗可以降低1100倍以上。

根据公式可知，母线电压越高，传输相同功率时的损耗越低，从而显著提高了电能利用效率，本实施例通过将供电电压提升至高压直流，如400V，相比原有的54V或12V供电，大幅减少了母线在传输过程中的损耗。

3、提升供电质量：DC-DC转换模块20贴近用电设备40进行二次转换，可以有效避免长距离低压直流供电带来的压降和波动，确保为服务器提供稳定、高质量的电源，提高整个系统的可靠性和稳定性。

4、增强供电灵活性：新架构支持各种低压直流共存和灵活配置，只需更换或添加不同规格的DC-DC转换模块20即可满足不同设备的供电需求，极大地方便了整机柜服务器的配置和扩展。

5、提高兼容性和供电冗余：原服务器可以直接更换为具有相同接口的DC-DC转换模块20，保持与原有设备的良好兼容性。同时，整机柜服务器的供电系统可采用N+1冗余配置，增强供电安全性，即使有单个供电模块故障，也不会影响服务器的整体运行，确保数据中心业务的连续性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种供电架构，适用于整机柜服务器，其特征在于，包括：

集中式转换整流装置，用于外接供电线路，并提供高压直流输出；

多个DC-DC转换模块，分布式配置于整机柜服务器的各用电设备位置，分别与所述集中式转换整流装置和相应的用电设备电连接，所述DC-DC转换模块用于从所述集中式转换整流装置获取高压直流电，并将其转换为适合相应的用电设备使用的低压直流电。

2.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，所述集中式转换整流装置的输入电源包括三相输入电源，所述集中式转换整流装置设置有多个AC-DC模块，且AC-DC模块的数量为3n，其中n为大于0的自然数。

3.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，所述集中式转换整流装置中的多个AC-DC模块共用储能电容组。

4.根据权利要求1至3任一项所述的供电架构，其特征在于，还包括：

电池备份单元，所述电池备份单元用于在所述集中式转换整流装置的输入电源断电情况下提供紧急备用电源。

5.根据权利要求4所述的供电架构，其特征在于，所述集中式转换整流装置设置有多个输入电源；供电架构还包括供电管理系统，所述供电管理系统用于在满足预设条件时进行所述集中式转换整流装置的输入电源切换。

6.根据权利要求5所述的供电架构，其特征在于，所述供电管理系统包括：

检测模块，用于检测所述集中式转换整流装置各输入电源的供电电压和所述集中式转换整流装置的输出端的输出电压；

第一切换模块，用于实现所述集中式转换整流装置的各输入电源之间的切换；

第二切换模块，用于实现所述集中式转换整流装置与所述多个DC-DC转换模块连接的状态和所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态之间的切换；

报警模块；

控制装置，与所述检测模块、第一切换模块和第二切换模块连接，所述控制装置用于：

基于所述检测模块的检测信号，判断所述集中式转换整流装置的各输入电源的供电状态；

确定所述集中式转换整流装置当前供电的输入电源供电异常，且其他输入电源中的至少一个供电正常时，生成第一控制指令，所述第一控制指令包括：控制第一切换模块切换至供电正常的输入电源供电，控制第二切换模块切换至所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态，并在完成切换后所述集中式转换整流装置的输出端的输出电压达到预设值时，控制第二切换模块切换至所述集中式转换整流装置与所述多个DC-DC转换模块连接的状态；

确定所述集中式转换整流装置的全部输入电源供电异常时，生成第二控制指令，所述第二控制指令包括：控制第二切换模块切换至所述电池备份单元与所述多个DC-DC转换模块连接的状态，并控制报警模块发出报警信息。

7.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，所述DC-DC转换模块的数量大于所述整机柜服务器中用电设备的数量。

8.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，所述多个DC-DC转换模块基于相应的用电设备的用电需求分别提供对应的低压直流输出，并根据所需功率进行独立调整。

9.根据权利要求1所述的供电架构，其特征在于，所述集中式转换整流装置通过母排或电缆与所述多个DC-DC转换模块电连接。

10.一种整机柜服务器，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的供电架构。