數據中心機房用IT設備對UPS供電系統的技術要求

徐鵬飛

（維諦技術有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引 言

現在我國大多數據機房使用的IT設備，如光端機、磁盤陣列機、網絡通信設備、網關、交換機以及服務器等，都通過帶有輸入功率因數校正功能的開關電源作為其存儲芯片的直流輔助電源。特別是IT設備制造商，為使IT設備的運算能力進一步提升，不斷研發功率密度越來越大、體積越來越小的IT設備。

1 IT設備的三種供電模式

IT設備主要通過三種方式接受供電，分別是直流供電模式、交流UPS供電模式以及交直流供電模式[1]。第一，直流供電模式。這種供電模式主要通過240 V的高壓直流設備為IT設備供電。第二，交流UPS供電模式。這種供電模式通過交流UPS為IT設備供電。第三，交直流供電模式。因為IT設備通常是雙電源，所以交直流供電模式的一路電源為市電交流直供，另一路電源是高壓直流系統供電，即直接為IT設備供電，未經過高壓直流系統市電或者是任何UPS[2]。

2 IT設備對UPS輸出電源有很強的適應能力

目前，IT設備輸入電源的設計方案通常都是開關電源。這種設計的好處是對輸入電源有很強的適應能力，能擴大輸入電源的電壓和頻率波動范圍，最高電壓承受限度為380 V，輸入頻率最高為55 Hz。只要在設計時使用正規UPS制造商生產的產品，即可有效滿足各種IT設備對輸入電源的技術要求。有實踐研究資料顯示，互聯網數據中心機房在應用UPS供電系統的IT設備中，實際監測UPS輸入和輸出電壓失真度僅在2.5%左右[3]，使用的UPS設備輸出電壓和頻率的波動范圍完全處于IT設備允許范圍內，且UPS供電系統的輸出電壓和頻率波動不會影響數據中心機房的正常運行。因此，在設計和建設數據中心機房時，不需要考慮UPS電源的某項電壓和頻率指標能否滿足相關設計規范。建議設計人員將視線轉移到UPS電源的效率、抗輸出過載、輸出功率因數以及輸入功率因數等方面[4]。

3 IT設備不能允許出現超過8～20 ms的瞬間供電中斷故障隱患

目前，我國使用的工控設備和IT設備，在正常工作中允許輸入電源出現瞬間供電閃斷或者中斷的時間范圍為10～20 ms。根據相關研究檢測資料，有些新型IT設備允許輸入電源出現瞬間供電閃斷或者中斷的時間僅為8 ms，而現在各種商業經營活動和生產操作活動都極大地依賴信息資源，一旦出現信息網絡系統癱瘓事故，勢必造成極大的經濟損失，危害巨大[5]。

綜上所述，由于UPS供電系統承擔向關鍵信息網絡機房供電的重要任務，設計過程中需著重避免出現超過8～20 ms的瞬間供電中斷故障，以保證信息網絡機房安全運行。這充分體現了UPS供電系統維護水平的優劣和技術指標。為更好地避免UPS供電系統發生閃斷或者停電故障，有如下兩種供電方案：第一，如果數據中心機房使用的是“單電源輸入”IT設備，可采用串聯熱備份式UPS冗余供電系統，其利用率可提升到接近100%；第二，如果數據中心機房使用的是“雙電源輸入”IT設備，可采用2臺UPS單機組成的UPS“雙總線輸出”供電系統[6]，以最大限度發揮這類設備的供電優勢，有效滿足IT設備不間斷供電的需求，保證其正常運行的連續性。

4 更多網絡通信設備和IT設備的設計方案使用“雙電源輸入”

4.1 保證信息網絡機房正常工作的前提條件

為保證信息網絡機房穩定、可靠、正常以及安全工作，需滿足兩個前提：第一，使用的網絡通信設備和IT設備要最大限度提升可靠性，因為有65%的故障是其內部的開關電源故障導致的；第二，在網絡通信設備和IT設備的輸入供電通道中，應最大限度消除單點瓶頸故障隱患，有效避免輸入電源出現停電或者閃斷故障[7]。

4.2 可供選用的“雙電源輸入”IT設備

我國市場最常見的IT設備主要有兩種：一種是負載均流型的“雙電源輸入”IT設備，另一種是非均流型的“雙電源輸入”IT設備。其中，負載均流型的“雙電源輸入”IT設備在實際工作中一旦出現其中一套直流電源供電模塊的交流輸入電源故障，將導致出現停電或者閃斷故障。此時，本來被分擔的工作會轉入到另一套直流電源供電模塊，從而有效承擔全部負載電流，保證IT設備正常工作，且有效保證服務器獲得足夠的風冷能力。因為這套可以正常運行的直流電源供電模塊所支持的調速風扇會自動加快轉速，從而提升帶走熱量的效率，保證系統的正常運行[8]。綜上所述，如果兩路交流輸入電源都處于正常情況，這兩套相互比較獨立的開關電源模塊都可獲取所需的能源。由于分擔IT設備所需提供的能源，開關電源模塊中的IGBT管所產生的功耗僅是額定功耗的1/4，故可有效增強IT設備的可靠性。相較傳統的IT設備，它的可靠性要超出6倍左右[9]。

非均流型的“雙電源輸入”IT設備的生產廠家為減少生產成本，在它的兩套直流穩壓電源中沒有裝配自動均流調控電路，易導致這種IT設備的兩路直流電源饋送到后接負載的電流出現巨大的相差。實踐研究資料顯示，這種設備在使用過程中檢測其兩路交流電源的輸入電流，一條輸入電流為1.5 A，另一條輸入電流為10.2 A，電流相差高達8.7 A。因此，有研究人員認為，這種IT設備中一路處在主熱備份工作，另一路處在從熱備份工作。然而，這是一種錯誤的觀點，實際這種設備的兩路交流輸入電源并不存在主、從備用關系[10]。

5 結 論

設計和建設數據中心機房，不僅可應用單相的“雙電源輸入”IT設備，還可使用三相“雙電源輸入”IT設備，為用戶提供更多的選擇。特別是應用三相“雙電源輸入”IT設備，可有效解決雙電源冗余輸入問題和三相IT設備的三相負載平衡帶載問題，切實提升IT設備的使用效果，增強用戶的使用體驗，使IT設備更好地為用戶服務，更好地為數據中心機房供電。