JP2013030154A

JP2013030154A - ラックサーバシステム

Info

Publication number: JP2013030154A
Application number: JP2012103394A
Authority: JP
Inventors: Zan Jau Maw; ジャウマウ−ザーン; Tzu-Hung Wang; ワンツー−フン; Chin-Hsiang Chan; チャンチン−シアーン
Original assignee: Quanta Computer Inc
Current assignee: Quanta Computer Inc
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-02-07
Also published as: US20130031381A1; TW201305798A; CN102902339A; TWI575360B; US9037879B2

Abstract

【課題】少なくとも１つのサーバと、バッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を有するラックサーバシステムを提供する。
【解決手段】電源装置がサーバに結合され、入力電圧が正常であるときに、該入力電圧を第１の出力電圧に変換し、該第１の出力電圧を前記サーバに供給する。ＢＢＵはサーバ及び電源装置に結合され、電源装置から出力される第１の出力電圧を検出し、入力電圧及び／又は第１の出力電圧が異常であるときに、サーバに第２の出力電圧を供給する。
【選択図】図１

Description

本開示は概してラックサーバシステムに関し、特にバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を備えるラックサーバシステムに関する。

種々の用途においてブレードサーバが広く使用されている。動作の便宜上、ラックサーバシステムは、１つのラックシステム内に複数のブレードサーバを含む。

ラックサーバシステムのブレードサーバは、完全な機能を有する１つのコンピュータとしての役割を果たす。言い換えると、ブレードサーバは、そのコアコンポーネント（ＣＰＵ、マザーボード、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びハードディスク等）に加えて、電源装置及び放熱デバイスのような周辺デバイスを有する。

ＡＣグリッド電力が不安定である場合には、サーバの動作が不安定になり（シャットダウン等）、サーバ内に格納したデータが破損する可能性さえもある。電力供給に異常がある場合にデータ損失及び電子装置の損傷を回避するために、無停電電力系統（ＵＰＳ）が使用され、サーバの内部構成要素が効率的に保護され、サーバの耐用年数及び精度が保証される。しかしながら、既存のＵＰＳの信頼性は依然として十分なものではない。

そこで、コストを下げ、効率を高め、かつ安定性を高めるために、バッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）が、ＵＰＳに代えて／支援するためにラックサーバシステムに設けられる。しかしながら、ラックサーバシステムに適時に電力を供給するために、ＡＣグリッド電力が遮断状態／不安定状態になったことを、ＢＢＵがいつ、いかにして特定するかが重要である。

ＡＣグリッド電力が正常に供給されるとき、ＢＢＵを充電するために、ＡＣ／ＤＣ電源装置がラックサーバシステムに電力を供給する。ＡＣグリッド電力が遮断状態／不安定状態になったとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置は電力の供給を停止して、ＢＢＵに通知し、それにより、ＢＢＵがラックサーバシステムの正常な動作を維持のために電力を供給する。それゆえ、ＡＣグリッド電力が不安定であること／遮断されることによってラックサーバシステムが影響を受けるのを避けるために、（ＡＣ／ＤＣ電源装置からＢＢＵに対する）電源の充電は決して遮断されてはならない。

しかしながら、現在のＢＢＵ技術は依然として、以下の技術的に不都合な点を有する。

第一に、ＡＣ／ＤＣ電源装置は、ＡＣグリッド電力が遮断状態／不安定状態であるか否かを検出するが、ＢＢＵはＡＣグリッド電力検出回路を有さない。ＡＣグリッド電力が遮断状態／不安定状態になったとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置がＢＢＵに正しく通知できない場合には、ラックサーバシステムは機能しなくなる。

第二に、ＢＢＵ内にＡＣグリッド電力検出回路を含む場合であっても、ＡＣグリッド電源は通常、余弦波であり、検出回路は容易に誤検出してしまう可能性があるので、ＡＣグリッド電力の検出は容易ではない。

第三に、ＡＣグリッド電力がＢＢＵによって検出されず、ＢＢＵ及びラックサーバシステムが並列に直接接続される場合であっても、ＢＢＵによって供給される電力は通常、非効率的であり、したがって、ラックサーバシステムを非効率的にする。さらに、ＢＢＵ内の電力貯蔵が不十分である場合には、ＡＣグリッド電力が遮断状態／不安定状態になったときに、ラックサーバシステムは機能しなくなるであろう。

さらに、特許文献１は、電力消費を管理するための電力管理サーバを開示している。電力管理サーバデータ処理システムは、電力管理サーバデータ処理システムを電力管理されるサーバデータ処理システムに通信可能に結合するための電力管理通信ポートと、電力管理通信ポートに結合されるシステム管理プロセッサとを備える。記述された実施形態では、システム管理プロセッサは、電力管理されるサーバデータ処理システムから電力管理データを受信し、該電力管理データを利用して電力管理コマンドを生成し、電力管理通信ポートを利用して該電力管理コマンドを電力管理されるサーバデータ処理システムに送信するように構成される電力管理ロジックを備える。さらに、記述された実施形態の電力管理データは、電力管理能力データを含む。

米国特許第８，１０８，７０３号

それゆえ、本開示は、現在の技術の短所を改善するためのラックサーバシステム及びそのＢＢＵを提供する。

本開示は、ラックサーバシステム、及びサーバに電力を供給する、ラックサーバシステムのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を対象とし、ＢＢＵは、ＡＣグリッド電力が正常であるか否かを検出しない。

本開示の例示的な実施形態によれば、少なくとも１つのサーバと、バッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）を有するラックサーバシステムが提供される。電源装置が前記サーバに結合され、入力電圧が正常であるときに、該入力電圧を第１の出力電圧に変換し、該第１の出力電圧を前記サーバに供給する。前記ＢＢＵは前記サーバ及び前記電源装置に結合され、前記電源装置から出力される前記第１の出力電圧を検出し、前記入力電圧及び／又は前記第１の出力電圧が異常であるときに、前記サーバに第２の出力電圧を供給する。

上述した概略的な説明及び以下の詳細な説明はともに例示的かつ説明的なものに過ぎず、請求項に記載されているように、開示する実施の形態に限定するものではないことが理解されるべきである。

本開示の一実施形態によるラックサーバシステムの機能図である。本開示の一実施形態によるＢＢＵのブロック図である。ＡＣ／ＤＣ電源装置及びＢＢＵからの出力ＤＣ電圧を示す図である。ＡＣ／ＤＣ電源装置及びＢＢＵからの出力ＤＣ電圧を示す図である。

図１は、本開示の一実施形態によるラックサーバシステムの機能図を示す。図１に示されるように、ラックサーバシステム１００は、変圧器１１０、ジェネレータ１２０、配電ユニット（ＰＤＵ）１３０、交流（ＡＣ）／直流（ＤＣ）電源装置１６０、少なくとも１つのサーバ１４０及びバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）１５０を含む。ここでは、サーバ１４０及びＢＢＵ１５０の数は限定されない。本開示のこの実施形態では、変圧器１１０、ジェネレータ１２０、配電ユニット１３０及びＡＣ／ＤＣ電源装置１６０の数、機能及び動作は限定されない。

本開示のこの実施形態において、ＡＣグリッド電源が遮断状態／不安定状態になった場合には、ＢＢＵ１５０がサーバ１４０に電力を供給する。その後、ＡＣ電力の生成及びＡＣ／ＤＣ電源装置１６０への供給のためにジェネレータ１２０が起動され、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０がＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、さらに、そのＤＣ電力をサーバ１４０に供給する。すなわち、本開示のこの実施形態では、ＢＢＵ１５０が電力を供給する期間は基本的に、ＡＣグリッド電源が不安定であることを検出した時点から、ジェネレータ１２０が正常に起動された時点までをカバーする。

図２を参照すると、本開示の一実施形態によるＢＢＵ１５０のブロック図が示される。図２に示されるように、ＢＢＵ１５０は、マイクロコントローラ２１０、電圧検出器２２０、バッテリモジュール２３０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０、およびブロッキング回路２５０を含む。

ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが正常であるとき、サーバ１４０の電力は、ラックサーバシステム１００内のＡＣ／ＤＣ電源装置１６０によって供給される。本開示の例示として、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０は１２．３ＶのＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴを出力するが、本開示はそれには限定されない。

ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが異常／不安定／遮断状態であるとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されたＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴが、そのデフォルト値未満に降下する。ＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴがしきい値（例えば１２Ｖであるがこれに限定されず、調整可能）未満であることを電圧検出器２２０が検出したとき、電圧検出器２２０は、マイクロコントローラ２１０に通知する。

本開示のこの実施形態では、ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが正常であるか否かにかかわらず、バッテリモジュール２３０及びＤＣ／ＤＣコンバータ２４０は基本的に正常な動作状態にある。さらに、ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが正常であるとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されたＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴによって、バッテリモジュール２３０は更に充電されてもよい。

ブロッキング回路２５０は、ＢＢＵ１５０の出力ＤＣ電圧のサーバへの導通／サーバからのブロックのためのスイッチとして用いられる。例示として、ブロッキング回路２５０は冗長ダイオード回路を含むが、本開示はそれには限定されない。例えば、ブロッキング回路２５０は、論理回路、電気的若しくは機械的スイッチ若しくはリレー、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができ、それは本開示の趣旨の範囲内にある。図２に示される例示として、ブロッキング回路２５０は、並列に接続される冗長ダイオード２５１及びＮＭＯＳトランジスタ２５２を含む。ダイオード２５１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０とＡＣ／ＤＣ電源装置１６０との間に結合される。ＮＭＯＳトランジスタ２５２は、電圧検出器２２０に結合されたゲート、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０に結合されたドレイン、及びＡＣ／ＤＣ電源装置１６０に結合されたソースを有する。

ＡＣグリッド電力が正常であるとき、ＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から出力されるＤＣ電圧よりも高い正常値を有する。したがって、ブロッキング回路２５０のダイオード２５１はターンオンされない。電圧検出器２２０は、ＮＭＯＳトランジスタ２５２がオフになるように制御する。すなわち、ＡＣグリッド電力が正常であるとき、ブロッキング回路２５０は導通しない。

一方、ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが異常／不安定／遮断状態であるとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されるＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴは降下するか、又はゼロになる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から出力されたＤＣ電圧とＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されたＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴとの間の電圧差がしきい値（０．３Ｖ等）よりも大きいとき、ダイオード２５１がターンオンされ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から出力されたＤＣ電圧が、ダイオード２５１を通してＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴとして出力され、サーバ１４０に供給される。ダイオード２５１はＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴを降下させる場合があるが、それでもなおＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴはサーバ１４０のための所望の電圧レベルに達する。

電圧検出器２２０が、ＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴが降下したことを検出したとき、電圧検出器２２０は、ＮＭＯＳトランジスタ２５２がターンオンされるように制御する。ＮＭＯＳトランジスタ２５２の電圧降下は、ダイオード２５１の電圧降下よりも小さく、したがって、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０から出力されるＤＣ電圧は、ＮＭＯＳトランジスタ２５２を通してＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴとして出力され、サーバ１４０まで流れる。

ＡＣグリッド電力ＡＣ＿ＩＮが正常に戻ると、ＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴも正常に戻る。ＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴが正常に戻ったことを電圧検出器２２０が検出すると、電圧検出器２２０は、ＮＭＯＳトランジスタ２５２をターンオフして、電流がＢＢＵ１５０に戻るのを防ぐ。

ＢＢＵ１５０の１以上の内部構成要素（ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０等）が機能しなくなったとき、サーバはブロッキング回路２５０により保護されているため、サーバ１４０は影響を受けない。さらに、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されるＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴにおいて突然サージが発生するときであっても、サージＤＣ電圧はブロッキング回路２５０によってブロックされ、ＢＢＵ１５０に影響を及ぼさない。

図３Ａ及び図３Ｂは、ＡＣ／ＤＣ電源装置の出力ＤＣ電圧及びＢＢＵの出力ＤＣ電圧を示す。「ＡＣ＿ＦＡＩＬ」は、ＡＣグリッド電力が遮断されたことを表す。ＡＣグリッド電力の遮断ＡＣ＿ＦＡＩＬが発生する前に、サーバ１４０によって必要とされる電圧（ＳＹＳ＿Ｖ）は、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されるＤＣ電圧ＰＳＵ＿ＯＵＴによって供給される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２４０がＤＣ出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴの供給を続けるにもかかわらず、ＤＣ出力電圧ＤＣ＿ＯＵＴは、ブロッキング回路２５０によってブロックされ、サーバには出力されない。ＡＣグリッド電力の遮断ＡＣ＿ＦＡＩＬが発生したとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置１６０から出力されたＤＣ電流／電圧が徐々に０まで降下し、サーバ１４０の動作が影響を受けることのないように、ＢＢＵから出力されたＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴがサーバ１４０に電流／電圧を供給し、ここでＢＢＵから出力されるＤＣ電圧ＢＢＵ＿ＯＵＴはＤＣ／ＤＣコンバータ２４０によって供給され、ブロッキング回路２５０によって降下する。

例示的なものであって限定的ではないが、本開示のこの実施形態では、ＢＢＵを小型化するために、バッテリモジュール２３０のエネルギー貯蔵デバイスとして、小型のリチウムバッテリが用いられる。さらに、エネルギーの伝送における損失を小さくするために、ＢＢＵは、ラックサーバシステム内に配置される。さらに、ＢＢＵは、ラックサーバシステムのラック及びバス信号線を使用し、自身専用のラックを必要とせず、したがって、ＢＢＵのコストが削減される。また、ＢＢＵはサーバの電圧変化を検出し、サーバに電圧を出力する（すなわち、電力を供給する）か否かを自動的に判断する。

上記に開示されたように、ＢＢＵは電圧検出器及びマイクロコントローラを含み、それにより、サーバに電圧を出力するか否かを自動的に判断する。

本開示のこの実施形態では、ＡＣ／ＤＣ電源装置から出力される電圧が１２．３Ｖであり、ＢＢＵから出力されるＤＣ電圧が１２Ｖであると仮定すると、電圧差は０．３Ｖであり、ブロッキング回路２５０が誤動作する可能性を更に小さくできるようになる。

本開示の他の可能な実施形態では、ＢＢＵが、ＡＣ／ＤＣ電源装置によって供給される電力異常指示信号も受信し、システム安定性を高める構成としてもよい。ＡＣグリッド電力が遮断されたとき、ＡＣ／ＤＣ電源装置はＢＢＵに電力異常指示信号を出力する。さらに、ＢＢＵは通信インターフェースを通じて自らの状態をラックサーバシステムに送ってもよい。

本開示のこの実施形態では、ＢＢＵはＤＣ電圧を検出し、すなわち、ＢＢＵはＡＣ電圧を検出せず、したがって、ＢＢＵの構成が単純になり、誤動作する可能性は小さくなる。上記に開示されたように、ＡＣ／ＤＣ電源装置から出力される正常なＤＣ電圧は、ＢＢＵから出力される正常なＤＣ電圧よりも高い。ＡＣグリッド電力が正常であるとき、ＢＢＵは電圧を出力しない。ＡＣ／ＤＣ電源装置から出力されたＤＣ電圧が正常であることをＢＢＵが検出するとき、ＢＢＵは、ＡＣ／ＤＣ電源装置によって充電される（すなわち、ＢＢＵは充電待機モードにある）。ＡＣ／ＤＣ電源装置から出力されたＤＣ電圧がＢＢＵから出力されたＤＣ電圧よりも低くなる（すなわち、ＡＣグリッド電力が遮断される）と、ＢＢＵがラックサーバシステムに電流を出力し、ラックサーバシステムの効率及び安定性を維持する。

その上、ＢＢＵがサーバに電圧を出力するか否かは、ＢＢＵのブロッキング回路によって判断される。ＡＣ／ＤＣ電源装置から出力されたＤＣ電圧が低くなると、ＢＢＵはサーバに電流を出力する。本開示のこの実施形態のＢＢＵは、異なるタイプのラックサーバシステムと並列に接続することができる。

本開示のこの実施形態は、以下の特徴を有する。ＢＢＵは、サーバに適時に電力を供給し、ＢＢＵは、ＡＣグリッド電力が正常であるか否かを検出しない。ＢＢＵが検出するのはＤＣ電圧であるので、関連する電圧検出技術で容易に実装できる。ＡＣ／ＤＣ電源装置において、ＡＣグリッド電力が遮断されたか否かを検出する必要がないので、本出願の実施形態では、通常のバックアップＡＣ／ＤＣ電源装置を適用できるであろう。ＢＢＵの内部制御ループは高い安定性を有する。

当業者により、上述の開示した実施形態に対し、その広い発明の概念から逸脱することなく変更を行うことができることが理解されよう。したがって、開示した実施形態は、開示した特定の例には限定されず、以下の特許請求の範囲によって規定される開示した実施形態の趣旨及び範囲内の変形を包含するように意図されていることが理解される。

Claims

少なくとも１つのサーバと、
前記サーバに結合され、入力電圧が正常であるときに、前記入力電圧を第１の出力電圧に変換し、前記第１の出力電圧を前記サーバに供給するための電源装置と、
前記サーバ及び前記電源装置に結合され、前記電源装置から出力される前記第１の出力電圧を検出し、前記入力電圧及び／又は前記第１の出力電圧が異常であるときに、前記サーバに第２の出力電圧を供給するためのバッテリバックアップユニット（ＢＢＵ）と、
を有することを特徴とするラックサーバシステム。
請求項１に記載のラックサーバシステムであって、
前記ＢＢＵは、
前記電源装置から出力される前記第１の出力電圧を検出するための電圧検出器と、
前記電圧検出器に結合されるマイクロコントローラと、
前記電源装置に結合されるバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールに結合されるコンバータと、
前記コンバータ及び前記電圧検出器に結合されるブロッキング回路と、
を有し、
前記入力電圧が異常／不安定／遮断状態であるときに、前記ブロッキング回路はターンオンされ、前記入力電圧が正常であるときに、前記ブロッキング回路はターンオフされることを特徴とするラックサーバシステム。
請求項２に記載のラックサーバシステムであって、
前記入力電圧が異常／不安定／遮断状態であるときに、前記電源装置から出力される前記第１の出力電圧がデフォルト値未満に降下し、
前記電圧検出器は、前記第１の出力電圧が第１のしきい値未満に降下したことを前記電圧検出器が検出したとき、前記マイクロコントローラに通知する、
ことを特徴とするラックサーバシステム。
請求項３に記載のラックサーバシステムであって、
前記ブロッキング回路は、並列に接続される冗長ダイオード及びＮＭＯＳトランジスタを備え、前記冗長ダイオードは前記電源装置と前記コンバータとの間に結合され、前記ＮＭＯＳトランジスタは前記電圧検出器によって制御され、
前記入力電圧が正常であるとき、前記第１の出力電圧は前記コンバータの出力電圧よりも高く、前記冗長ダイオードがターンオンされず、かつ前記電圧検出器の制御下で、前記ＮＭＯＳトランジスタがターンオンされない、
ことを特徴とするラックサーバシステム。
請求項４に記載のラックサーバシステムであって、
前記入力電圧が異常／不安定／遮断状態であるときに、前記第１の出力電圧が降下し、前記冗長ダイオードがターンオンされ、前記コンバータの前記出力電圧が前記ダイオードを通して前記第２の出力電圧として出力され、前記サーバに流れ、
前記第１の出力電圧が前記第１のしきい値以下に降下することを前記電圧検出器が検出したときに、前記電圧検出器は、前記ＮＭＯＳトランジスタがターンオンされるように制御し、前記コンバータの前記出力電圧が前記ＮＭＯＳトランジスタを通して前記第２の出力電圧として出力され、前記サーバに流れる、
ことを特徴とするラックサーバシステム。
請求項２に記載のラックサーバシステムであって、
前記バッテリモジュールはリチウムバッテリを含む、
ことを特徴とするラックサーバシステム。
請求項１に記載のラックサーバシステムであって、
前記ＢＢＵは、前記電源装置によって供給される電力異常指示信号を受信し、前記入力電圧が異常／不安定／遮断状態であるときに、前記電源装置は前記ＢＢＵに前記電力異常検出信号を出力し、
前記ＢＢＵはその状態を通信インターフェースを通じて前記サーバに送信する、
ことを特徴とするラックサーバシステム。
請求項２に記載のラックサーバシステムであって、
前記電源装置は、前記入力電圧が正常であるときに、前記バッテリモジュールを充電する、
ことを特徴とするラックサーバシステム。