数据中心机房用IT设备对UPS供电系统的技术要求

徐鹏飞

（维谛技术有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

现在我国大多数据机房使用的IT设备，如光端机、磁盘阵列机、网络通信设备、网关、交换机以及服务器等，都通过带有输入功率因数校正功能的开关电源作为其存储芯片的直流辅助电源。特别是IT设备制造商，为使IT设备的运算能力进一步提升，不断研发功率密度越来越大、体积越来越小的IT设备。

1 IT设备的三种供电模式

IT设备主要通过三种方式接受供电，分别是直流供电模式、交流UPS供电模式以及交直流供电模式[1]。第一，直流供电模式。这种供电模式主要通过240 V的高压直流设备为IT设备供电。第二，交流UPS供电模式。这种供电模式通过交流UPS为IT设备供电。第三，交直流供电模式。因为IT设备通常是双电源，所以交直流供电模式的一路电源为市电交流直供，另一路电源是高压直流系统供电，即直接为IT设备供电，未经过高压直流系统市电或者是任何UPS[2]。

2 IT设备对UPS输出电源有很强的适应能力

目前，IT设备输入电源的设计方案通常都是开关电源。这种设计的好处是对输入电源有很强的适应能力，能扩大输入电源的电压和频率波动范围，最高电压承受限度为380 V，输入频率最高为55 Hz。只要在设计时使用正规UPS制造商生产的产品，即可有效满足各种IT设备对输入电源的技术要求。有实践研究资料显示，互联网数据中心机房在应用UPS供电系统的IT设备中，实际监测UPS输入和输出电压失真度仅在2.5%左右[3]，使用的UPS设备输出电压和频率的波动范围完全处于IT设备允许范围内，且UPS供电系统的输出电压和频率波动不会影响数据中心机房的正常运行。因此，在设计和建设数据中心机房时，不需要考虑UPS电源的某项电压和频率指标能否满足相关设计规范。建议设计人员将视线转移到UPS电源的效率、抗输出过载、输出功率因数以及输入功率因数等方面[4]。

3 IT设备不能允许出现超过8～20 ms的瞬间供电中断故障隐患

目前，我国使用的工控设备和IT设备，在正常工作中允许输入电源出现瞬间供电闪断或者中断的时间范围为10～20 ms。根据相关研究检测资料，有些新型IT设备允许输入电源出现瞬间供电闪断或者中断的时间仅为8 ms，而现在各种商业经营活动和生产操作活动都极大地依赖信息资源，一旦出现信息网络系统瘫痪事故，势必造成极大的经济损失，危害巨大[5]。

综上所述，由于UPS供电系统承担向关键信息网络机房供电的重要任务，设计过程中需着重避免出现超过8～20 ms的瞬间供电中断故障，以保证信息网络机房安全运行。这充分体现了UPS供电系统维护水平的优劣和技术指标。为更好地避免UPS供电系统发生闪断或者停电故障，有如下两种供电方案：第一，如果数据中心机房使用的是“单电源输入”IT设备，可采用串联热备份式UPS冗余供电系统，其利用率可提升到接近100%；第二，如果数据中心机房使用的是“双电源输入”IT设备，可采用2台UPS单机组成的UPS“双总线输出”供电系统[6]，以最大限度发挥这类设备的供电优势，有效满足IT设备不间断供电的需求，保证其正常运行的连续性。

4 更多网络通信设备和IT设备的设计方案使用“双电源输入”

4.1 保证信息网络机房正常工作的前提条件

为保证信息网络机房稳定、可靠、正常以及安全工作，需满足两个前提：第一，使用的网络通信设备和IT设备要最大限度提升可靠性，因为有65%的故障是其内部的开关电源故障导致的；第二，在网络通信设备和IT设备的输入供电通道中，应最大限度消除单点瓶颈故障隐患，有效避免输入电源出现停电或者闪断故障[7]。

4.2 可供选用的“双电源输入”IT设备

我国市场最常见的IT设备主要有两种：一种是负载均流型的“双电源输入”IT设备，另一种是非均流型的“双电源输入”IT设备。其中，负载均流型的“双电源输入”IT设备在实际工作中一旦出现其中一套直流电源供电模块的交流输入电源故障，将导致出现停电或者闪断故障。此时，本来被分担的工作会转入到另一套直流电源供电模块，从而有效承担全部负载电流，保证IT设备正常工作，且有效保证服务器获得足够的风冷能力。因为这套可以正常运行的直流电源供电模块所支持的调速风扇会自动加快转速，从而提升带走热量的效率，保证系统的正常运行[8]。综上所述，如果两路交流输入电源都处于正常情况，这两套相互比较独立的开关电源模块都可获取所需的能源。由于分担IT设备所需提供的能源，开关电源模块中的IGBT管所产生的功耗仅是额定功耗的1/4，故可有效增强IT设备的可靠性。相较传统的IT设备，它的可靠性要超出6倍左右[9]。

非均流型的“双电源输入”IT设备的生产厂家为减少生产成本，在它的两套直流稳压电源中没有装配自动均流调控电路，易导致这种IT设备的两路直流电源馈送到后接负载的电流出现巨大的相差。实践研究资料显示，这种设备在使用过程中检测其两路交流电源的输入电流，一条输入电流为1.5 A，另一条输入电流为10.2 A，电流相差高达8.7 A。因此，有研究人员认为，这种IT设备中一路处在主热备份工作，另一路处在从热备份工作。然而，这是一种错误的观点，实际这种设备的两路交流输入电源并不存在主、从备用关系[10]。

5 结 论

设计和建设数据中心机房，不仅可应用单相的“双电源输入”IT设备，还可使用三相“双电源输入”IT设备，为用户提供更多的选择。特别是应用三相“双电源输入”IT设备，可有效解决双电源冗余输入问题和三相IT设备的三相负载平衡带载问题，切实提升IT设备的使用效果，增强用户的使用体验，使IT设备更好地为用户服务，更好地为数据中心机房供电。