CN110140275A - 用于数据中心的机架安装的ups装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于包括多个数据处理装置的负载（116）的功率供应的机架安装的UPS装置（102），该数据处理装置能作为负载机箱（122）***到共同UPS机架（112）中，该机架安装的UPS装置（102）还包括：至少一个初级转换器（104），该至少一个初级转换器（104）连接在AC源（118）和高压DC母线（114）之间，由此初级转换器（104）被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线（114）提供高压DC功率输出；至少一个次级转换器（106），该至少一个次级转换器（106）连接在DC源（138）和高压DC母线（114）之间，由此次级转换器（106）被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线（114）提供高压DC功率输出；至少一个负载供应转换器（108），该至少一个负载供应转换器（108）连接在高压DC母线（114）和内部配电母线（120）之间以向内部配电母线（120）提供至少一个低电平DC输出电压，由此至少一个初级转换器（104）、至少一个次级转换器（106）和至少一个负载供应转换器（108）被安装在UPS机架（112）中，并且该UPS机架（112）包括多个***槽，该多个***槽用于接纳包括数据处理装置的负载机箱（122）。

Description

用于数据中心的机架安装的UPS装置

技术领域

本发明涉及不间断电源的领域，具体地说涉及供在数据中心中使用以便向数据处理装置提供不间断功率的领域。具体地说，本发明涉及一种用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的UPS装置，该数据处理装置能作为机箱(enclosure)***到共同UPS机架中。本发明还提供了一种用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的UPS***，该UPS***包括如上所述的多个UPS装置。

背景技术

具有数据处理装置和基础设施（例如服务器、计算机及其它）的数据中心目前围绕230/400V AC能量源和中间链路进行构建。这是基于使用标准计算机硬件和标准不间断电源（UPS）的数据中心的历史发展的。然而，数据中心现已在全世界很好地建立，并转换为成熟的行业。

由于公用AC网络的总体不可靠性，数据中心通常配备有UPS以在AC源中断期间支持负载。该技术最初已经被定制以便支持数据中心负载的传统AC输入，从而涉及多个串行转换步骤，所有这些步骤都引入了累积的效率惩罚。

作为数据中心的具体负载的数据处理装置通常使用48V DC下至大约5V或3.3V DC或甚至更低量级的多个电压。48V DC例如用于冷却目的，例如风扇，而像5V或3.3V的较低电压例如用来为数据处理装置的处理器供电。

因此，现有技术的不间断电源（UPS）***通常包括例如中央***级硬件，该中央***级硬件用于将UPS***连接到配电（power distribution），为此必须实现不间断的操作。因此，***级硬件可以包括客户电缆着陆、旁路、开关装置、***用户接口等等。

通常，UPS***还包括至少一个、通常是多个的转换器，该转换器也称为不间断电源模块，所述不间断电源模块存储电功率以经由I/O连接机箱向配电提供功率。根据基于客户要求的UPS***设计，选择转换器的数量、大小和额定功率。具有至少100 kW的功率的UPS功率***是常见的。

转换器通常布置在UPS机架中，所述转换器并联连接以便提供至少数十千瓦的功率。因此，转换器能彼此并排地提供在机箱中，这实现高功率UPS***的形成。通过硬连线布线（cabling）将单个转换器并联连接到共同I/O机箱也是已知的。

这种标准UPS***10在图1中示出。因此，UPS***10包括UPS机架12，其包含一个或多个转换器14。作为示例，图1示出了单个转换器14。转换器14包括AC/DC转换器16、DC/AC转换器18和DC/DC转换器20。也称为整流器的AC/DC转换器16在其AC侧处连接到AC源22。在其DC侧处，AC/DC转换器16连接到DC链路24。也称为逆变器的DC/AC转换器18在其DC侧处连接到DC链路24。在其AC侧处，DC/AC转换器18连接到AC配电母线26。因此，转换器14实现双转换UPS装置。像旁路开关或其它的另外组件能被提供，但是在图1中未示出。

DC/DC转换器20被连接在DC链路24和电池28之间。电池容纳在电池柜30中。电池28能包括任何数量的单独单元，它们被串联和/或并联连接在电池柜30内。电池柜30还可以包括多个电池28，所述多个电池28用于单独为多个转换器14供电。因此，安全或备用的AC功率能由转换器14提供给AC配电母线26，即，安全或备用的AC功率或者经由AC/DC转换器16和DC/AC转换器18从AC源22或者经由DC/DC转换器20和DC/AC转换器18从电池28提供给AC配电母线26。

UPS***10还包括控制装置32，该控制装置32控制转换器14和所有其它组件的操作。这种控制包含向AC配电母线26提供功率以及在放电时对电池28充电。

UPS***10给负载34供电，该负载34分布于多个负载机架36上。负载机架36连接到AC配电母线26。负载34包括多个机箱38，它们并联连接到AC配电母线26。机箱38能单独地或成组地提供在负载机架36中。

如在图2中能进一步看到的，每个机箱38包括至少一个负载装置40，其通常是数据处理装置。然而，单个机箱38能包括多于一个的负载装置42。每个机箱38还包括至少一个功率供应单元42，也称为PSU。PSU 42包括AC/DC转换器44，该AC/DC转换器44在其AC侧处连接到AC配电母线26。AC/DC转换器44通常作为升压转换器来提供。PSU 42还包括DC/DC转换器46，该DC/DC转换器46从AC/DC转换器44的DC侧接收DC功率，并且该DC/DC转换器46通常向负载装置40提供不同的DC电压电平。DC/DC转换器46通常作为降压转换器来提供。因此，每个机箱38具有单独的PSU 42。

如在图3中能进一步看到的，UPS***10可以包括多个转换器14，它们并联连接在AC源22和AC配电母线26之间。如关于图1的实施例所讨论的那样能将转换器14各自提供在UPS机架12中。然而，相同的原理适用于单个UPS机架12内的多个转换器14的并联设计。

如在图3中能看到的，控制装置32被提供在每个UPS机架12内。不同UPS机架12的控制装置32通过***通信总线48连接。

***级优选用于功率获得和使用的大规模并联配置，以提高总体可靠性和灵活性。然而，用于具有多个数据处理装置的数据中心的现有技术UPS***包括端到端***效率，其涵盖所有功率转换步骤中的损耗。每个功率转换步骤增加特定的损耗，由此降低总体端到端***效率。

此外，从AC源到负载的总体功率传送链包括多个转换器，由此增加了***复杂性。不同转换器中的***故障能导致UPS故障。

在此上下文中，文献EP 2 333 930 A2描述了服务器以及容纳在那个服务器中的不间断电源。主服务器块容纳不间断电源，在断电和不断电的两种情况下，所述不间断电源向主服务器块输入功率供应线供应150V-400V DC操作功率。不间断电源具有：可充电电池，其具有60V或更低的电压规格；AC/DC转换器，其将来自外部商用电源的功率输入转换为DC，并将其供应给输入功率供应线；DC/DC降压转换器，其将AC/DC转换器输出电压逐步降低到可充电电池充电电压；DC/DC升压转换器，其在断电期间将可充电电池电压逐步提高并将其供应给输入功率供应线；以及充电和放电控制电路，其检测商用电源断电，并将DC/DC升压转换器切换到操作状态。

文献WO 2015/157999 A1描述了用于分布式不间断电源的***和方法。提供了一种用于安装在数据中心机架中的分布式不间断电源（UPS）。分布式功率***包含构造成接收交流（AC）输入功率的输入、耦合到输入的AC母线、构造成耦合到数据中心机架中的至少一个DC负载的DC母线、耦合到至少一个电池的电池母线和至少一个功率模块。至少一个功率模块具有耦合到AC母线的第一输入、耦合到电池母线的第二输入以及耦合到DC母线的输出，并且被构造成基于来自AC母线和电池母线中的至少一个的所接收的功率生成DC功率。

EP 1 355 404 A1描述了一种DC备用功率供应***，其具有电池、用于将功率在电池和DC线之间充电和放电的充电-放电电路以及用于控制充电/放电电路的控制电路。电池具有多个电池单元，并且电池单元的圆柱形部分被放置在近似水平的平面上。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的UPS装置，所述数据处理装置能作为机箱***到共同UPS机架中，并且提供了用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的UPS***，所述UPS***包括如上所述的多个UPS装置，所述UPS***具有改进的端到端***效率，所述UPS***具有简单的硬件设计，其易于扩展且维护起来简单。

这个目的由独立权利要求实现。在从属权利要求中给出了有利的实施例。

具体地说，本发明提供一种用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的机架安装的UPS装置，所述数据处理装置能作为机箱***到共同UPS机架中，机架安装的UPS装置还包括：至少一个初级转换器，其连接在AC源和高压DC母线之间，由此初级转换器被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线提供高压DC功率输出；至少一个次级转换器，其连接在DC源和高压DC母线之间，由此次级转换器被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线提供高压DC功率输出；至少一个负载供应转换器，其连接在高压DC母线和内部配电母线之间以向内部配电母线提供至少一个低电平DC输出电压，由此至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器被安装在UPS机架中，该UPS机架包括多个***槽，其用于接纳包括数据处理装置的机箱，并且内部配电母线被提供以用于在机箱之间分配负载电压。

本发明还提供了一种用于包括多个数据处理装置的负载的功率供应的机架安装的UPS***，其包括如上所述的多个机架安装的UPS装置，其中机架安装的UPS***包括机架间通信总线，其用于共同控制多个机架安装的UPS装置的至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器。

本发明的基本思想是要消除AC源和负载之间不必要的转换步骤，同时向负载提供可靠的不间断功率。这是通过在UPS机架中本地提供转换器来实现的。利用上面的机架安装的UPS装置，能实现UPS和功率供应单元的功能集成。在此上下文中，显然的是，初级转换器是指AC/DC转换器，次级转换器是指DC/DC转换器，而负载供应转换器也是指DC/DC转换器。

利用在内部提供给高压DC母线的高压DC功率来进一步优化转换。高压DC母线实现在升压模式下操作初级AC/DC转换器，升压模式在执行功率转换时是非常有效的操作模式。当负载从DC源供电时，次级DC/DC转换器也能在升压模式下操作，使得在从DC源提供功率时的操作模式下，也实现机架安装的UPS装置的有效操作。机架安装的UPS装置和***与机架安装的负载（例如包含计算机、服务器或其它负载单元的数据处理装置）的功率供应可兼容。利用机架安装的UPS装置，基于降低的复杂性和组件计数，能实现总体可靠性和效率中的增益。

此外，例如对于公用事业谐波的可靠性和可接受的和规范的性能将产生用于终生成本和端到端效率的最优***。机架安装的***能够在各种级别的冗余度、容量和用户配置与交互下并行操作。通过标准化机箱和互连架构，用于特定负载考虑事项的***配置是简单的。

UPS机架能是为机箱的***提供***槽的任何种类的装置。***槽可具有预先定义的高度，或仅由用于接纳机箱的支撑件限定。

高压DC功率输出是指通常大于200V、更通常大于300V的功率输出。

低电平DC输出电压在标称上低于100V。通常，低电平DC输出电压是小于50V的电压。在常见的数据处理装置中，通常使用48V DC下至大约5V或3.3V DC或甚至更低量级的多个不同电压。48V DC例如用于冷却目的，例如风扇，而像5V或3.3V的较低电压例如用来为数据处理装置的处理器供电。

在多个初级AC/DC转换器的情况下，初级AC/DC转换器能连接到共同AC源。备选地，初级AC/DC转换器能连接到多个AC源。初级AC/DC转换器的子集也能连接到相同AC源。

在多个次级DC/DC转换器的情况下，次级DC/DC转换器能连接到共同DC源。备选地，次级DC/DC转换器能连接到多个DC源。次级DC/DC转换器的子集也能连接到相同DC源。

内部配电母线被提供以用于在机箱之间分配负载电压以实现便利的***设立。此外，内部配电母线可还包括用于AC源电压和/或DC源电压或其它电压的母线连接。

提供至少一个负载供应转换器以向UPS机架和数据处理装置提供至少一个低电平DC输出电压。然而，单个负载供应转换器能根据需要提供不同的低电平DC输出电压。

机架安装的UPS***的机架间通信总线实现共同控制多个机架安装的UPS装置的至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器。因此，机架安装的UPS***包括控制装置，其执行转换器的控制。由控制装置执行的控制通常是监督控制，其中机架安装的UPS装置和/或其转换器包括用于基于控制装置的监督控制执行单独控制的附加控制单元。因此，机架间通信总线维持***控制，并且实现例如用户接口的使用，用户接口能连接到机架间通信总线。

根据本发明的修改的实施例，负载供应转换器作为包括多个转换器单元的转换器块来提供，每个转换器单元向内部配电母线提供至少一个低电平DC输出电压。多个转换器单元能提供不同的电压电平和/或相同的电压电平，以增加机架安装的UPS装置的最大电流。然而，在备选实施例中，单个负载供应转换器能提供多个低电平DC输出电压以给负载供电。

根据本发明的修改的实施例，DC源与UPS机架分开提供，优选地在单独的房间中例如在电池室中提供。电池室能是电池柜或其它。因此，当将DC源与UPS机架分开定位时，能可靠地考虑安全性方面。还能建立DC源的选择和布置中的高自由度。备选地，电池能被安装在UPS机架内。

根据修改的实施例，DC源包括至少一个能量存储装置，具体地说是电池，例如铅酸电池、VRLA电池或其它电池，或超级电容器。能量存储装置通常作为双向能量存储装置来提供，所述双向能量存储装置经由次级转换器（即DC / DC转换器）从高压DC母线充电，并且在相反方向上放电，从而向高压DC母线提供能量。能量存储装置能包括任何数量的单独存储单元，例如电池单元，它们串联和/或并联连接。在一些情况下，基于响应时间选择能量存储装置。超级电容器通常具有在毫秒规模上的非常快的响应时间，而铅酸电池具有在数十毫秒规模上的响应时间。

根据修改的实施例，DC源包括来自光伏源、燃料电池或旋转或惯性发电机例如风车、涡轮机、飞轮或其它源当中的至少一个单向源。提供单向源以仅经由次级转换器向高压DC母线提供功率。所列出的单向源通常被称为再生能源。然而，上面的单向源列表不应被视为限制。还能包括其它单向源，具体地说是非再生能源。单向源能作为永久功率供应来进一步操作，其基于来自这些源的功率的可用性，例如在光伏源有太阳的情况下，或者在风车有风的情况下，给高压DC母线供电。燃料电池通常具有在数十秒规模上的响应时间。

根据修改的实施例，DC源包括多个能量存储装置和/或单向源，并且机架安装的UPS装置包括多个次级转换器，由此多个次级转换器并联连接在多个能量存储单元和高压DC母线之间。因此，能提供DC功率的选择中的高自由度。具体地说，能根据可用性并行和/或串行地操作和提供多种不同的能量/存储技术。

总体而言，机架安装的UPS装置实现可用的DC源的很好的选择，其能基于下列来进行选择：AC源故障的情况下的响应时间；成本/千瓦时；短期和长期可用性，例如，在光伏源情况下的“天”、“小时”、“合约承诺（contractual commitment）”或昼夜循环；动态性能，例如负载阶跃响应、存储的或备用能源的容量；或碳或其它环境足迹。

根据本发明的修改的实施例，至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器至少部分地布置在用于***到UPS机架的插槽中的至少一个转换器机箱中，由此至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器通过内部配电母线电互连。因此，转换器能共同提供在单个机箱内。这实现简单地将转换器替换为转换器机箱。还能实现机架安装的UPS装置的可缩放性。初级转换器、次级转换器和至少一个负载供应转换器至少部分地布置在用于***到UPS机架的插槽中的至少一个机箱中。转换器机箱能包含转换器（即初级转换器、次级转换器和/或负载供应转换器）的不同组合。例如，初级和次级转换器能被单独提供在转换器机箱中。

根据本发明的修改的实施例，一个初级转换器、一个次级转换器和一个负载供应转换器安装在共同转换器机箱中，该共同转换器机箱安装在UPS机架中。因此，每个转换器机箱提供给负载供电所需的一整套转换器。这便于基于负载的变化的功率需求的替换和可缩放性。高压DC母线在转换器机箱内能内部地提供。

根据本发明的修改的实施例，至少一个初级转换器和至少一个次级转换器被布置在用于***到UPS机架的插槽中的至少一个机箱中，并且至少一个负载供应转换器被布置在用于***到UPS机架的***槽中的至少一个机箱中，由此机箱通过内部配电母线电互连。因此，给高压DC母线供电的初级和次级转换器与负载供应转换器分开，该负载供应转换器从高压DC母线接收高压DC功率。高压DC母线延伸通过UPS机架。

根据本发明的修改的实施例，内部配电母线包含用于至少一个电压电平的多个并行母线连接，并且用于一个电压电平的多个并行母线连接与至少一个母线互连电连接。因此，能容易地实现对不同负载要求的适应，特别是在功率和电流方面。

根据本发明的修改的实施例，至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器中的至少一个具有用于利用一组标准电气配置当中的至少一个连接到内部配电母线的电接口。接口指的是用来连接内部配电母线的连接器的布置。这为转换器和内部配电母线提供了一种译码。因此，能在整个UPS机架上容易地提供不同的电压电平，而无需单独安装。此外，通过选择将以机箱***到UPS机架中的转换器，能实现负载电压和负载电流的选择。

根据本发明的修改的实施例，至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器被提供有夹连器以夹在内部配电母线上。优选地，内部配电母线被提供有母线条（bus bar），该母线条便于使用夹连器来电连接内部配电母线。

根据本发明的修改的实施例，机架安装的UPS装置包括控制至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器的操作的至少一个控制单元。控制单元能是中央控制单元，其独立于转换器而提供在UPS机架中。然而，具有转换器的机箱还能具有用于控制相应转换器的控制单元。在这种情况下，控制单元中的一个能执行UPS机架的转换器的总体控制。

根据本发明的修改的实施例，机架安装的UPS装置包括用于控制至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器的操作的至少一个控制单元的交互的用户接口。用户接口优选地是双向接口，其实现机架安装的UPS装置和/或其组件的信息的显示，并且其实现机架安装的UPS装置和/或其组件的配置。在备选实施例中，机架安装的UPS***包括用户接口，其连接到机架间通信总线。

根据本发明的修改的实施例，配电母线包括并行垂直母线条，其穿过UPS机架以允许机箱在任何***槽处的电连接。垂直母线条使不同的转换器和数据处理装置能够遍及UPS机架的整个高度而简单地连接到不同的电压电平。因此，并行垂直母线条优选地延伸通过UPS机架的整个高度。母线条优选地被安装在UPS机架的后部中。

机箱位置遍及机架的高度可以是全部相同的，或者分布在负载类型或转换器的功能集合中。

根据本发明的修改的实施例，转换器作为为热交换转换器来提供。因此，转换器不需要工具干预以用于对内部配电母线的连接/断开。

根据本发明的修改的实施例，多个机架安装的UPS装置通过外部配电母线并联电连接。外部配电母线能向并联的UPS机架提供一个或多个电压。因此，外部配电母线能向并联的UPS机架例如提供所有负载电压或其子集。优选地，外部配电母线向并联的UPS机架提供AC源电压或DC源电压。

根据本发明的修改的实施例，机架安装的UPS***包括多个保护和/或断开装置，所述多个保护和/或断开装置将多个机架安装的UPS装置连接到外部配电母线。保护和/或断开装置优选地被提供在每个UPS机架的单独机箱中。进一步优选地，保护和/或断开装置包括源和负载保护。

根据本发明的修改的实施例，机架安装的UPS***包括用于共同控制多个机架安装的UPS装置的至少一个初级转换器、至少一个次级转换器和至少一个负载供应转换器的控制装置。然而，此外，每个机架安装的UPS装置能具有用于控制转换器的操作的附加控制单元。

根据本发明的修改的实施例，控制装置被连接到保护和断开装置以用于监测和控制目的。这包含优选地监测***电压、***电流、功率条件状态指示、热状态指示和装置状态指示当中的至少一个值。

根据本发明的修改的实施例，负载供应转换器包括AC或高压DC输出。负载通常包括数据处理装置，使得低电平DC输出电压直接以用于UPS功能性的负载电平输出。然而，实际设备通常包含UPS机架中的辅助设备或除UPS机架之外的辅助设备，这些设备进行（runoff）传统AC或单步AC/HV DC转换。该辅助设备可包括冷却***、警报电路***、建筑物自动化以及其它的部分。因此，该辅助设备也受益于不间断的功率供应。

根据本发明的修改的实施例，至少一个负载供应转换器具有与高压DC母线的流电负载隔离。流电隔离消除了负载和高压DC母线之间的直接传导路径。它提高了机架安装的UPS装置以及机架安装的UPS***的***安全。

附图说明

本发明的这些和其它方面根据下文描述的实施例将显而易见，并参考这些实施例阐明。

在附图中：

图1示出了根据现有技术的包括UPS装置的机架安装的UPS***的示意图，

图2示出了根据现有技术的与图1的UPS***一起使用的功率供应单元的示意图，

图3示出了根据现有技术的包括UPS装置的另一UPS***的示意图，

图4示出了根据第一优选实施例的包括多个并联的机架安装的UPS装置的机架安装的UPS***的示意图，

图5示出了根据第二实施例的包括经由外部配电母线连接的多个并联的机架安装的UPS装置的机架安装的UPS***的示意图，

图6示出了根据第三实施例的包括利用包括多个母线条的内部配电母线的多个并联的机架安装的UPS装置的机架安装的UPS***的后部示意图，

图7示出了根据第四实施例的机架安装的UPS装置的示意图，

图8示出了根据第五实施例的具有包含初级、次级和负载供应转换器的多个机箱的机架安装的UPS装置的示意图，

图9示出了根据第六实施例的具有包含初级和次级转换器的多个机箱并且具有包含负载供应转换器的多个机箱的机架安装的UPS装置的示意图，

图10示出了根据第七实施例的用于将转换器或机箱连接到包括多个电引脚的内部配电母线的插头的示意图，以及

图11示出了根据第八实施例的在转换器或机箱与包括多个电引脚的内部配电母线之间建立的插头连接的示意图。

具体实施方式

图4示出了根据第一优选实施例的机架安装的UPS***100。机架安装的UPS***100包括两个单机架安装的UPS装置102。仅作为示例描绘了两个机架安装的UPS装置102。能使用任何合适数量的机架安装的UPS装置102。

两个机架安装的UPS装置102中的每个包括一个初级转换器104、一个次级转换器106和一个负载供应转换器108。初级转换器104是指AC/DC转换器，次级转换器106是指DC/DC转换器，而负载供应转换器108是指DC/DC转换器。根据第一实施例，负载供应转换器108是流电隔离的。

初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108被布置在用于***到UPS机架112的插槽中的一个转换器机箱110中。初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108通过提供在转换器机箱110内的高压DC母线114电互连。在该实施例中，高压DC母线114具有大于200V的电压。在备选实施例中，高压DC母线114具有大于300V的电压。初级转换器104和次级转换器106都被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线114提供高压DC功率输出。

转换器机箱110电连接到AC源118。具体地说，转换器机箱110的初级转换器104电连接到AC源118。在备选实施例中，初级转换器104连接到多个AC源118。次级转换器106连接到DC源138，如稍后参照关于图7至图9的第四至第六实施例的机架安装的UPS装置102所详细讨论的。

两个机架安装的UPS装置102中的每个包括内部配电母线120。内部配电母线120连接到负载供应转换器108，该负载供应转换器108向内部配电母线120提供不同的低电平DC输出电压。在该实施例中，低电平DC输出电压包括小于50V的电压。具体地说，低电平电压包括例如用于冷却目的（例如风扇）的48V DC，以及用来给数据处理装置的处理器供电的像5V或3.3V的较低的电压。

内部配电母线120在机架安装的UPS装置102内分配低电平DC输出电压。配电母线120包括并行垂直母线条124，其穿过UPS机架112以允许机箱110、122在任何***槽处的电连接。垂直母线条124延伸通过UPS机架112的整个高度。母线条124被提供在UPS机架112的后部中。机箱110、122被提供有夹连器，以电连接内部配电母线120的母线条124。此外，转换器104、106、108作为热交换转换器来通过，使得转换器104、106、108不需要工具干预以用于对内部配电母线120的连接/断开。利用转换器机箱110能容易地移除转换器104、106、108。此外，转换器104、106、108能从转换器机箱110移除，而无需工具干预以用于连接/断开。

根据第一实施例，内部配电母线120还包括用于AC源电压的母线条124。

机架安装的UPS装置102还包括包含数据处理装置的多个负载机箱122。负载机箱122被安装在UPS机架112中。负载机箱122能包括另外的转换器。提供在机架安装的UPS***100中的负载机箱122共同形成由相应的机架安装的UPS装置102的转换器104、106、108供电的负载128。

每个机架安装的UPS装置102包括控制初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108的操作的控制单元126。控制单元126能是中央控制单元，其独立于转换器104、106、108而提供在UPS机架112中。然而，包括一个或多个转换器104、106、108的转换器机箱110还能包括用于控制相应的转换器104、106、108的控制单元126。在这种情况下，一个控制单元126中的一个能执行UPS机架112的转换器104、106、108的总体控制，例如监督控制。

机架安装的UPS***100还包括用于控制初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108的操作的控制单元126的交互的用户接口128。用户接口128是双向接口，其实现机架安装的UPS装置102和其组件的信息的显示，并且其实现机架安装的UPS装置102和其组件的配置。用户接口128经由机架间通信总线130连接到机架安装的UPS装置102。

机架安装的UPS***100还包括控制装置132，其用于共同控制多个机架安装的UPS装置102的初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108。控制装置132执行机架安装的UPS装置102的控制单元126的监督控制。控制装置132连接到机架间通信总线130。

图5示出了根据第二实施例的机架安装的UPS***100。第二实施例的机架安装的UPS***100还示出有两个单机架安装的UPS装置102。然而，仅作为示例描绘了两个机架安装的UPS装置102。能组合任何合适数量的机架安装的UPS装置102，如在图5中所指示的。

根据第二实施例的机架安装的UPS***100类似于第一实施例的机架安装的UPS***100。因此，将仅详细讨论第一和第二实施例的机架安装的UPS***100之间的差异。未详细讨论的第二实施例的特征对应于第一实施例的相应特征。

如关于第一实施例所讨论的，两个机架安装的UPS装置102中的每一个包括用于***到UPS机架112的插槽中的转换器机箱110。转换器机箱110中的每一个电连接到共同AC源118。

两个机架安装的UPS装置102中的每一个包括连接到负载供应转换器108的内部配电母线120，该负载供应转换器108向内部配电母线120提供不同的低电平DC输出电压。内部配电母线120在机架安装的UPS装置102内分配低电平DC输出电压。配电母线120的细节如上面关于第一实施例所描述的。

机架安装的UPS装置102还包括具有包含数据处理装置的多个负载机箱122的负载116，该负载机箱被安装在UPS机架112中。

每个机架安装的UPS装置102包括如上面关于第一实施例所讨论的控制单元126。机架安装的UPS***100还包括如上面关于第一实施例所讨论的用户接口128和控制装置132。用户接口128和控制装置132连接到机架间通信总线130。

除了第一实施例的机架安装的UPS***100之外，第二实施例的机架安装的UPS***100还包括外部配电母线134。外部配电母线134电连接并联的多个机架安装的UPS装置102。外部配电母线124向并联的UPS机架112提供多个电压，即，在该实施例中，外部配电母线124向并联的UPS机架112提供所有负载电压。因此，每个UPS机架112内部的电压被路由到邻近的UPS机架112，以用于提高的可靠性和冗余度。

机架安装的UPS***100还包括保护和/或断开装置136，所述保护和/或断开装置136将机架安装的UPS装置102连接到外部配电母线134。保护和/或断开装置136包括源和负载保护。根据第二实施例，保护和/或断开装置136单独从机架安装的UPS装置102提供。然而，如通过利用虚线的保护和/或断开装置136所指示的，在备选实施例中，保护和/或断开装置136被提供在用于每个UPS机架112的单独保护机箱中以作为相应机架安装的UPS装置102的一部分。

根据第二实施例，控制装置132被连接到保护和断开装置136，以用于监测和控制目的。这包含监测***电压、***电流、功率条件状态指示、热状态指示和装置状态指示当中的至少一个值。

图6涉及根据第三实施例的机架安装的UPS***100。第三实施例的机架安装的UPS***100还示出有两个单机架安装的UPS装置102。然而，仅作为示例描绘了两个机架安装的UPS装置102。能组合任何合适数量的机架安装的UPS装置102，如在图6中所指示的。

根据第三实施例的机架安装的UPS***100类似于第一和第二实施例的机架安装的UPS***100。根据第三实施例的机架安装的UPS***100实质上被描绘为示出内部配电母线120的细节。因此，未详细讨论的第三实施例的特征对应于第一和/或第二实施例的相应特征。

配电母线120包括并行垂直母线条124，其穿过UPS机架112以允许机箱110、122在任何***槽处的电连接。母线条124被提供在UPS机架112的后部中。垂直母线条124中的一些延伸通过UPS机架112的整个高度，如在图6的左侧机架安装的UPS装置102中能看到的。其它垂直母线条124延伸部分通过UPS机架112，如在图6的右侧机架安装的UPS装置102中能看到的。例如，能仅在UPS机架112的顶部提供源电压，并且其它母线条124根据所需的负载配置形成组。在该实施例中没有提供水平条。

不同的母线条124实现高压DC母线120以及内部配电母线120。

图7示出了根据第四实施例的机架安装的UPS装置102。根据第四实施例的机架安装的UPS装置102部分类似于第一至第三实施例的机架安装的UPS装置102。因此，关于第四实施例的机架安装的UPS装置102未详细讨论的特征能如关于第一至第三实施例中的任一个所讨论的那样实现。此外，关于第一至第三实施例未详细讨论的特征能如关于第四实施例的机架安装的UPS装置102所详细讨论的那样实现。

机架安装的UPS装置102包括UPS机架112、一个初级转换器104、一个次级转换器106和一个负载供应转换器108，如上面关于例如第一实施例所讨论的。初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108通过高压DC母线114电互连。初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108与高压DC母线114一起布置在用于***到UPS机架112的插槽中的一个转换器机箱110中。

在该实施例中，高压DC母线114具有大于200V的电压。在备选实施例中，高压DC母线114具有大于300V的电压。初级转换器104和次级转换器106都被配置成在升压模式下操作，从而向高压DC母线114提供高压DC功率输出。

转换器机箱110的初级转换器104电连接到AC源118。次级转换器106连接到DC源138，DC源138作为电池来提供。根据第四实施例，电池138被安装在UPS机架112中。在备选实施例中，电池138被提供在UPS机架112之外，例如在电池柜中。电池138可经由次级转换器106从高压DC母线114充电。

机架安装的UPS装置102包括内部配电母线120，该内部配电母线120连接到负载供应转换器108，该负载供应转换器108向内部配电母线120提供不同的低电平DC输出电压。

如在图7中能看到的，负载供应转换器108作为包括多个转换器单元140的转换器块来提供，每个转换器单元向内部配电母线120提供一个低电平DC输出电压。根据第四实施例，多个转换器单元140提供两个不同的电压电平负载电压1和负载电压2，由此三个转换器单元140提供相同的电压电平负载电压1以增加机架安装的UPS装置102的最大电流。仅一个转换器单元140提供负载电压2。

内部配电母线120在机架安装的UPS装置102内分配低电平DC输出电压。配电母线120包括并行垂直母线条124，其穿过UPS机架112以允许机箱110、122在任何***槽处的电连接。以上已经关于第一至第三实施例讨论了细节。连接到相同低电平DC输出电压的母线条124与母线互连142电互连。在第四实施例中，连接到提供负载电压1的转换器单元140的母线条124通过母线互连142互连。

机架安装的UPS装置102还包括包含数据处理装置的多个负载机箱122，其共同形成由机架安装的UPS装置102的转换器104、106、108供电的负载128。以上已经关于第一至第三实施例讨论了细节。

此外，机架安装的UPS装置102包括控制初级转换器104、次级转换器106和负载供应转换器108的操作的控制单元126。控制单元126被提供在转换器机箱110内。以上已经关于第一至第三实施例讨论了细节。

图8示出了根据第五实施例的机架安装的UPS装置102。根据第五实施例的机架安装的UPS装置102部分类似于第四实施例的机架安装的UPS装置102。因此，关于第五实施例的机架安装的UPS装置102未详细讨论的特征能如关于第四实施例所讨论的那样实现。

机架安装的UPS装置102包括UPS机架112和用于***到UPS机架112的插槽中的两个转换器机箱110。每一个转换器机箱110具有下面讨论的相同结构。因此，每个转换器机箱110包括一个初级转换器104、一个次级转换器106和一个负载供应转换器108，它们通过高压DC母线114电互连。根据第五实施例，两个转换器机箱110的高压DC母线114不互连。

两个转换器机箱110的初级转换器104电连接到AC源118，其在图8中为简单起见未示出。两个转换器机箱110的次级转换器106电连接到DC源138，其在图8中为简单起见未示出。第五实施例的次级转换器106连接到共同DC源138。在备选实施例中，次级转换器106连接到多个DC源138。

机架安装的UPS装置102包括内部配电母线120，该内部配电母线120连接到负载供应转换器108，该负载供应转换器108向内部配电母线120提供不同的低电平DC输出电压。转换器机箱110并行支持不同的低电平DC输出电压以共同支持负载116。

第五实施例的机架安装的UPS装置102的另外细节如上面关于第四实施例的机架安装的UPS装置102所讨论的那样。

图9示出了根据第六实施例的机架安装的UPS装置102。根据第六实施例的机架安装的UPS装置102部分类似于第四和/或第五实施例的机架安装的UPS装置102。因此，关于第六实施例的机架安装的UPS装置102未详细讨论的特征能如关于第四和/或第五实施例所讨论的那样实现。

机架安装的UPS装置102包括UPS机架112和用于***到UPS机架112的插槽中的两个转换器机箱110。两个转换器机箱110具有包括初级转换器104和次级转换器106的相同的结构，初级转换器104和次级转换器106通过高压DC母线114电互连。通过UPS机架112提供高压DC母线114。

此外，机架安装的UPS装置102包括两个负载供应转换器108，它们电连接到高压DC母线114。根据第六实施例，负载供应转换器108被直接安装在UPS机架112中。在备选实施例中，负载供应转换器108被提供在单独的机箱中。

两个转换器机箱110的初级转换器104电连接到AC源118，其在图9中为简单起见未示出。两个转换器机箱110的次级转换器106电连接到DC源138，其在图8中为简单起见未示出。

机架安装的UPS装置102包括内部配电母线120。两个负载供应转换器108并联连接到内部配电母线120。两个负载供应转换器108作为包括多个单独转换器单元140的转换器块来提供，每个转换器单元向内部配电母线120提供一个低电平DC输出电压。转换器机箱110并行支持不同的低电平DC输出电压以共同支持负载116。

第六实施例的机架安装的UPS装置102的另外细节如上面关于第四和/或第五实施例的机架安装的UPS装置102所讨论的那样。

图10涉及根据第七实施例的用于将转换器104、106、108或机箱110、122连接到内部配电母线120的信号连接器144或插头。信号连接器144能提供有用于连接到对应的信号连接器144的前述实施例的转换器104、106、108或机箱110、122中的任一个，信号连接器144连接到内部配电母线120。

信号连接器144包括多个电引脚146、148。根据相应转换器104、106、108或机箱110、122的要求和/或能力，信号连接器144包括使用或连接的接触引脚146以及未使用或无效（void）的接触引脚148，它们未在信号连接器144中实现。因此，提供了包括使用的和无效的接触引脚146、148的电气接口150。使用的接触引脚146向转换器104、106、108和/或机箱110、122提供相应的电压电平。根据第七实施例，信号连接器144作为插头来提供。根据备选实施例，信号连接器144作为插座来提供。

图11作为示例示出了根据第八实施例的在转换器机箱110与内部配电母线120之间建立的插头连接。根据第七实施例，转换器机箱110提供有信号连接器144。对应于转换器机箱110的信号连接器144的另外的信号连接器144经由电缆152连接到内部配电母线120。两个信号连接器144作为配对的插头和插座来提供。

虽然已经在附图和前述描述中图示和描述了本发明，但此种说明和描述要被视为说明性的或示例性的，而非约束性的；本发明不限于所公开的实施例。根据附图、公开和所附权利要求书的研究，通过本领域技术人员在实践所要求保护的发明中能理解和实现对所公开实施例的其它变更。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中阐述某些措施的纯粹事实不指示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求书中的任何附图标记都不应被视为限制范围。

附图标记列表

10 UPS***（现有技术）

12 UPS机架（现有技术）

14 转换器（现有技术）

16 AC/DC转换器（现有技术）

18 DC/DC转换器（现有技术）

20 DC/DC转换器（现有技术）

22 AC转换器（现有技术）

24 DC链路（现有技术）

26 AC配电母线（现有技术）

28 电池（现有技术）

30 电池柜（现有技术）

32 控制装置（现有技术）

34 负载（现有技术）

36 负载机架（现有技术）

38 机箱（现有技术）

40 负载装置（现有技术）

42 功率供应单元，PSU（现有技术）

44 AC/DC转换器（现有技术）

46 DC/DC转换器（现有技术）

48 ***通信总线（现有技术）

50 用户接口（现有技术）

100 机架安装的UPS***

102 机架安装的UPS装置

104 初级转换器，AC/DC转换器

106 次级转换器，DC/DC转换器

108 负载供应转换器

110 转换器机箱

112 UPS机架

114 高压DC母线

116 负载

118 AC源

120 内部配电母线

122 负载机箱

124 母线条，母线连接

126 控制单元

128 用户接口

130 机架间通信总线

132 控制装置

134 外部配电母线

136 保护和/或断开装置

138 DC源，电池

140 转换器单元

142 母线互连

144 信号连接器

146 接触引脚（使用的）

148 接触引脚（无效）

150 电气接口

152 电缆。

Claims (16)

1.一种用于包括多个数据处理装置的负载（116）的功率供应的机架安装的UPS装置（102），所述数据处理装置能作为负载机箱（122）***到共同UPS机架（112）中，所述机架安装的UPS装置（102）还包括：

至少一个初级转换器（104），所述至少一个初级转换器（104）连接在AC源（118）和高压DC母线（114）之间，由此所述初级转换器（104）被配置成在升压模式下操作，从而向所述高压DC母线（114）提供高压DC功率输出；

至少一个次级转换器（106），所述至少一个次级转换器（106）连接在DC源（138）和所述高压DC母线（114）之间，由此所述次级转换器（106）被配置成在升压模式下操作，从而向所述高压DC母线（114）提供高压DC功率输出；

至少一个负载供应转换器（108），所述至少一个负载供应转换器（108）连接在所述高压DC母线（114）和内部配电母线（120）之间以向所述内部配电母线（120）提供至少一个低电平DC输出电压，由此

所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）被安装在所述UPS机架（112）中，

所述UPS机架（112）包括多个***槽，所述多个***槽用于接纳包括所述数据处理装置的所述负载机箱（122）；并且

所述内部配电母线（120）被提供以用于在所述机箱（122）之间分配负载电压。

2.如权利要求1所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述负载供应转换器（108）作为包括多个转换器单元（140）的转换器块来提供，每个转换器单元向所述内部配电母线（120）提供至少一个低电平DC输出电压。

3.如前述权利要求1或2中的任一项所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述DC源（138）包括至少一个能量存储装置，具体地说是电池，例如铅酸电池、VRLA电池或其它电池，或超级电容器。

4.如前述权利要求1至3中的任一项所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述DC源（138）包括来自光伏源、燃料电池或旋转或惯性发电机例如风车、涡轮机、飞轮或其它源当中的至少一个单向源。

5.如前述权利要求3或4所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述DC源（138）包括多个能量存储装置和/或单向源；以及

所述机架安装的UPS装置（102）包括多个次级转换器（106），由此所述多个次级转换器（106）并联连接在所述多个能量存储单元和所述高压DC母线（114）之间。

6.如任何前述权利要求所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）至少部分地布置在用于***到所述UPS机架（112）的插槽中的至少一个转换器机箱（110）中，由此所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）通过所述内部配电母线（120）电互连。

7.如权利要求6所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

一个初级转换器（104）、一个次级转换器（106）和一个负载供应转换器（108）被安装在共同转换器机箱（110）中，所述共同转换器机箱（110）被安装在所述UPS机架（112）中。

8.如前述权利要求6或7中的任一项所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述至少一个初级转换器（104）和所述至少一个次级转换器（106）被布置在用于***到所述UPS机架（112）的插槽中的至少一个转换器机箱（110）中，并且

所述至少一个负载供应转换器（108）被布置在用于***到所述UPS机架（112）的***槽中的至少一个转换器机箱（110）中，由此所述转换器机箱（110）通过所述内部配电母线（120）电互连。

9.如任何前述权利要求所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述内部配电母线（120）包含用于至少一个电压电平的多个并行母线连接（124）；以及

用于一个电压电平的所述多个并行母线连接（124）与至少一个母线互连（142）电连接。

10.如任何前述权利要求所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）中的至少一个具有用于利用一组标准化电气配置当中的至少一个连接到所述内部配电母线（120）的电接口（150）。

11.如任何前述权利要求所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述机架安装的UPS装置（102）包括控制所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）的操作的至少一个控制单元（126）。

12.如前述权利要求11所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述机架安装的UPS装置（102）包括用户接口（128），所述用户接口（128）用于控制所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）的操作的所述至少一个控制单元（126）的交互。

13.如任何前述权利要求所述的机架安装的UPS装置（102），

其特征在于：

所述内部配电母线（120）包括并行垂直母线条（124），所述并行垂直母线条（124）穿过所述UPS机架（112）以允许机箱（110,122）在任何***槽处的电连接。

14.一种用于包括多个数据处理装置的负载（116）的功率供应的机架安装的UPS***（100），所述机架安装的UPS***（100）包括如上述权利要求1至13中的任一项所述的多个机架安装的UPS装置（102），其中所述机架安装的UPS***（102）包括机架间通信总线（130），所述机架间通信总线（130）用于共同控制所述多个机架安装的UPS装置（102）的所述至少一个初级转换器（104）、所述至少一个次级转换器（106）和所述至少一个负载供应转换器（108）。

15.如前述权利要求14所述的机架安装的UPS***（100），

其特征在于：

所述多个机架安装的UPS装置（102）通过外部配电母线（134）并联电连接。

16.如权利要求15所述的机架安装的UPS***（100），

其特征在于：

所述机架安装的UPS***（100）包括多个保护和/或断开装置（136），所述保护和/或断开装置将所述多个机架安装的UPS装置（102）连接到所述外部配电母线（134）。