UPS電源系統(tǒng)的可用性設計
可以看出,理想的直流UPS系統(tǒng)由于把交流系統(tǒng)中UPS的逆變環(huán)節(jié)與服務器電源中的PFC環(huán)節(jié)使用一個隔離型DC/DC環(huán)節(jié)來取代,從而可以改善效率。不過在直流UPS系統(tǒng)里面由于電池電壓的變動范圍是比較大的,為了取得更優(yōu)化的效率曲線,在后級的服務器電源中也有可能使用兩級結(jié)構(gòu)。也就是通過一個簡單的轉(zhuǎn)換,減小服務器電源隔離DC/DC轉(zhuǎn)換級的輸入范圍,以得到更好的節(jié)能效果。此時的結(jié)構(gòu)見下圖
在這種直流UPS體系里面,不存在交流UPS中的旁路回路了,只存在一個市電到電池回路,這個回路也兼有充電器的作用。因此從單個UPS的可用靠性角度考慮,直流UPS可靠性鏈路只有兩條,其中一條是兩級變換加上輔助電源與控制板,另外一條是電池,見下圖所示
與交流UPS相比,直流UPS供電少了交流UPS的旁路回路,少了一個提升可用性的回路。但是電池是直接給負載供電的,可用性要高于交流UPS。因此在可用性的方面直流供電系統(tǒng)有得有失。但是另一個方面直流系統(tǒng)比交流UPS更容易進行并聯(lián),從而可以利用增加并聯(lián)臺數(shù)的方式增加可用性。
配電系統(tǒng)的可用性
對于一般的UPS系統(tǒng)應用來說,存在兩種常見的配置方式,一種是雙機熱備份,見下圖所示
這種配置方式下兩臺UPS是完全并聯(lián)工作的。基于前面可用性的原理,第二種配置方式比第一種會有更高的可用性。
這里就反映了可用性與可靠性的一個明顯不同。對于兩臺并聯(lián)冗余配置的UPS,由于器件多了一倍,那么出現(xiàn)故障的概率也會增高,因此從統(tǒng)計意義上來講整個系統(tǒng)的MTBF會下降。但是由于其中一臺出現(xiàn)故障之后仍然有一臺在工作,只要出故障的UPS能夠很快修復,負載就仍然處在有效的保護之中,可用性是提升的。從負載的角度衡量,評估系統(tǒng)的可用性比可靠性更加有意義。
在可用性的定義中,電源系統(tǒng)恢復的時間越短,則可用性也會越好。因此把電源系統(tǒng)設計為模塊化易更換的結(jié)構(gòu),可以大大減小維護時間,從而使得可用性顯著改善。
對于機房應用的場合,雙總線的概念應用十分廣泛。對于關(guān)鍵的服務器負載,一般都提供兩組電源輸入。相應的,在配電部分就也可以對應采用兩組獨立的電源總線。結(jié)合UPS本身就支持雙總線輸入,實際上可以構(gòu)造出很多種組合形式。對不同方式進行比較后,比較推薦的一種典型的結(jié)構(gòu)見下圖所示
這里把兩組獨立市電都供給兩套UPS系統(tǒng),然后每一套UPS系統(tǒng)作為一條總線來使用,可以充分發(fā)揮市電雙總線,UPS內(nèi)部雙總線以及負載雙總線高可用性的優(yōu)勢。
結(jié)論
本文對UPS內(nèi)部設計,UPS系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)的可用性進行分析,給出了提升UPS電源系統(tǒng)可用性的思路。通過分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在UPS中采用旁路與市電獨立的電源,加入多CPU監(jiān)控,加入電池監(jiān)控等措施可以明顯提升UPS的可用性。另外一方面在系統(tǒng)層次上,選擇模塊化的結(jié)構(gòu),縮短維修更換時間,更多使用并聯(lián)結(jié)構(gòu),也可以明顯提升可用性?!?/P>
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