数据中心用电设备电源系统概述1.doc

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1、数据中心用电设备电源系统概述建设合理的数据中心供配电系统必须先详细了解供配电系统的服务对象-数据中心IT设备及其电源系统。数据中心的IT设备主要是服务器、路由器、网络交换机、存储器等等，但主要的耗电设备是服务器（Server）。因此，了解服务器及其电源系统的特点对合理设计、管理数据中心具有十分重要的意义。1.1 服务器电源系统标准简介服务器电源按照标准可以分为ATX（Advanced Technology Extended）电源和SSI（Server System Infrastructure）电源两种。ATX标准使用较为普遍，主要用于台式机、工作站和低端服务器；而SSI标准是随着服务器技术的

2、发展而产生的，适用于各种档次的服务器。1. 强制性标准（电源必须满足的标准）电气安全方面：信息技术设备（包括电气事务设备）的安全GB 4943-2001（等同IEC 950），产品不仅要符合该标准的要求，而且还必须能够获得权威机构的认可才能够进行生产和销售，也就是通常所说的安全认证。电磁兼容方面：信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB 9254-1998（等同CISPR 22：1997）。该标准主要对产品产生的传导干扰和辐射干扰提出了限制。其目的就是要求产品在使用时，不能干扰其他设备的正常运行。谐波电流方面：低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流16A）GB 17625.1

3、-1998（等同IEC 61000-3-2：1995）。该标准是针对产品对电网造成的影响而制定的。国内目前需要对电源产品进行3C（China Compulsory Certificate）强制认证。国际上遵循的标准主要为UL60950-1； FCC Class B Part 15；EN55022/CISPR*；EN55024；EN 61000-4-2；ANSI C62.41； ANSI C62.45；ANSI C63.4；AB13-94-146；EMKO-TSE（74-SEC）207/94等。2. 非强制性的标准（推荐标准）电磁兼容方面：信息技术设备抗扰度限值和测量方法GB/T 17618-1

4、998（等同CISPR 24：1997），该标准与信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法GB 9254-2001其实是产品电磁兼容性的两个方面，GB 9254着眼于产品发出的干扰，而GB 17618则是产品应具备的抗干扰能力，只有同时满足这两方面的要求才算完善的产品，才能保证不同的设备同时使用时不会互相影响。综合性：微小型计算机系统设备用开关电源通用规范GB/T 14714-2008是我国专门针对计算机电源产品编写的一份国家的标准，它的内容涉及产品的技术要求、实验方法、检验规则、标志、包装、运输、储存等等内容。3. 企业标准（Intel关于服务器电源相关设计文件）Intel 关于PC和服务器电

5、源相关设计文件是目前PC和服务器电源领域重要的产品设计参考。相关文件从外形结构、接口定义到各个输入输出参数的定义和设定，几乎涵盖电源所有特性。1）ATX标准Intel在1997年推出了ATX电源规范。ATX标准的电源与以往电源相比，在可控性、可管理性以及散热、机箱布局等方面做了很多改进。ATX电源是目前PC和服务器中普遍使用的标准电源，包括单电源、冗余电源两种规格。单电源系统功率在145400W之间，最多可以提供对双处理器系统的支持。这种电源主要使用在PC和低档服务器上，而在高档服务器中为了满足供电需求，大多采用冗余电源系统，即冗余热插拔电源，可以在线更换。在服务器系统中应用冗余电源，可以大大

6、提高整个服务器系统的可靠性和可用性。这种电源的功率一般在每模块175W以上，有1+1、2+1、3+1等多种规格。2）SSI电源规范就电源而言，随着IA服务器市场的不断扩大，IA服务器的应用领域也更宽，应用环境也更复杂。于是，对IA服务器电源系统的负载能力、安全性、扩展性和通用性等方面提出了更高的要求。为此，Intel联合一些主要的IA架构服务器生产商推出了新型服务器电源规范SSI规范。SSI规范的推出是为了规范服务器电源技术，降低开发成本，延长服务器的使用寿命而制定的，主要包括服务器电源（Power Supply）规格、背板系统（Electronic Bays）规格、服务器机箱系统规格和散热系

7、统规格。1.2 服务器电源对于数据中心供配电系统设计的基础意义服务器电源是整个数据中心供配电系统建设的出发点和归宿点，了解服务器电源的相关外特性对于数据中心的供配电系统建设具有基础的意义。充分了解服务器电源的容量、冗余方式、制冷要求和能效设计等主要指标对于数据中心供配电系统的设计是完全必要的。1. 服务器电源容量考察业界某知名厂商的一款电源的铭牌：此处需要特别强调的是：INPUT（输入） 中220V是服务器电源额定输入电压而4A 指的是最大额定输入电流能力，表征电源在最低输入工作电压时的最大输入电流能力，因此，直接用输入额定电压输入额定最大电流来表征额定输入功率是是不正确的。OUTPUT（输出

8、） 250W MAX，这个参数才是该服务器电源最大输出功率，这个参数通常只有在服务器电源铭牌上才能看到，因此这个参数也被称为铭牌功率（Nameplate Rating），这个参数对设计才具有确实的意义。负载的容量并不直接等同于服务器电源的最大输出功率。上图右平面从右至左有三根垂直的直线，对应服务器的三种工况：铭牌功率：指的是服务器电源铭牌功率。最大工况设置： 指的是服务器系统工作在最大用电负荷时耗电功率。CPU 100%利用率典型工况：CPU工作在100%利用率时耗电功率。从图中可以注意到服务器最大的功率消耗是铭牌额定值的80%，这是因为服务器厂家在选择电源时也宽放了大致20%的裕量。而CPU

9、 100%利用率典型工况是铭牌额定值的67%.事实上服务器正常工作时的能耗还小于该值。因此，在具体的设计工作中，这种裕量和工况差异也建议数据中心设计者纳入考虑。2. 服务器电源冗余服务器设备中广泛使用两个或两个以上的电源同时供电，这种多电源供电技术的名称为冗余电源（Redundant Power supply）.1）冗余电源的系统结构冗余电源系统采用输入总线、负载总线和共享总线的三总线的电路结构，如图10-9.电源1、电源2 电源n为热插拔电源模块，它们以并联方式相连接，C1、C2 Cn为各电源模块的控制模块，S1、S2 Sn为受控调节器，SENSE1、SENSE2 SENSEn为电源检测信号

10、，FB为负载电压反馈信号。系统正常工作时，控制模块通过调整电源1-n的工作参数，使系统均衡地使用每个电源模块每个电源模块向系统提供相同的电流，这种工作模式称为电流共享；或者控制受控调节器使得某一个/组电源工作，其余个/组电源备份。冗余电源系统中的每个供电模块均可以热插拔，一旦某个供电模块损坏，就能在不停电情况下完成维修工作，而丝毫不影响系统的正常工作。热插拔（hot-swapping）是指将模块、板卡或电源等设备带电接入或移出正在工作的机器。2）冗余电源的对于前端供配电系统的要求服务器冗余电源系统最终都可以归结到双电源系统上。服务器冗余电源（双电源系统）设计为提高服务器本身供电的可靠性提供了可

11、靠的物质基础。如果双电源服务器的每一路电源都能够通过独立的供电路由找独立的能量源取电，就能够获得最高的可靠性。所以关键点是供电路由独立和能量源独立。UPS系统（服务器的能量源），其传统供电方案，如单机/串联热备份/N+1直接并机等都不能做到能量源相互独立，与之相配套的供电路由也相应的无法独立，也就是说每个环节都存在着明显的单点故障，因此无法和服务器的双电源结构进行匹配。所以，2N/2（N+1）的供电结构正是基于服务器冗余电源结构而兴起的供电解决方案。3. 服务器电源能效计算机/服务器电源的能效一直是近几年来业界最为人关注的主题之一，业界关于计算机/服务器的能效也取得了很多成果。能源之星针对计算

12、机电源的要求也在不断升级。能源之星1.0版规范的自2007年7月20日开始生效，要求台式机在待机和休眠模式下的功率消耗分别不超过2.0 W和1.0 W，且对空闲（Idle）状态下的功率消耗也作出了规定（A类50.0 W；B类65.0 W；C类95.0 W）；而在20%、50%和100%负载条件下的效率最低达80%.此外，更新的5.0版规范第一阶段要求将于2009年7月1日开始生效，将要求使用内置电源的计算机在50%负载条件下工作效率最低达85%，而在20%和100%负载条件下最低效率达到82%.业界还涌现了新的节能要求，如吸引了诸多知名计算机厂商参与的计算产业气候拯救行动（CSCI）的要求，如下表所示。