簡述UPS電源系統(tǒng)的可用性設計

在UPS應用的另外一個分支是目前正在興起的直流UPS系統(tǒng)。直流系統(tǒng)的思路是出于提高效率的目的，減少電源系統(tǒng)中間的轉換環(huán)節(jié)，電力分配部分由原來的交流轉換成直流。一個理想的直流UPS系統(tǒng)服務器應用從市電到12V終端的應用結構見下圖。

可以看出，理想的直流UPS系統(tǒng)由于把交流系統(tǒng)中UPS的逆變環(huán)節(jié)與服務器電源中的PFC環(huán)節(jié)使用一個隔離型DC/DC環(huán)節(jié)來取代，從而可以改善效率。不過在直流UPS系統(tǒng)里面由于電池電壓的變動范圍是比較大的，為了取得更優(yōu)化的效率曲線，在后級的服務器電源中也有可能使用兩級結構。也就是通過一個簡單的轉換，減小服務器電源隔離DC/DC轉換級的輸入范圍，以得到更好的節(jié)能效果。此時的結構見下圖

在這種直流UPS體系里面，不存在交流UPS中的旁路回路了，只存在一個市電到電池回路，這個回路也兼有充電器的作用。因此從單個UPS的可用靠性角度考慮，直流UPS可靠性鏈路只有兩條，其中一條是兩級變換加上輔助電源與控制板，另外一條是電池，見下圖所示

與交流UPS相比，直流UPS供電少了交流UPS的旁路回路，少了一個提升可用性的回路。但是電池是直接給負載供電的，可用性要高于交流UPS。因此在可用性的方面直流供電系統(tǒng)有得有失。但是另一個方面直流系統(tǒng)比交流UPS更容易進行并聯(lián)，從而可以利用增加并聯(lián)臺數的方式增加可用性。

配電系統(tǒng)的可用性

對于一般的UPS系統(tǒng)應用來說，存在兩種常見的配置方式，一種是雙機熱備份，見下圖所示

這種配置方式下兩臺UPS是完全并聯(lián)工作的?；谇懊婵捎眯缘脑?，第二種配置方式比第一種會有更高的可用性。

這里就反映了可用性與可靠性的一個明顯不同。對于兩臺并聯(lián)冗余配置的UPS，由于器件多了一倍，那么出現(xiàn)故障的概率也會增高，因此從統(tǒng)計意義上來講整個系統(tǒng)的MTBF會下降。但是由于其中一臺出現(xiàn)故障之后仍然有一臺在工作，只要出故障的UPS能夠很快修復，負載就仍然處在有效的保護之中，可用性是提升的。從負載的角度衡量，評估系統(tǒng)的可用性比可靠性更加有意義。

在可用性的定義中，電源系統(tǒng)恢復的時間越短，則可用性也會越好。因此把電源系統(tǒng)設計為模塊化易更換的結構，可以大大減小維護時間，從而使得可用性顯著改善。

對于機房應用的場合，雙總線的概念應用十分廣泛。對于關鍵的服務器負載，一般都提供兩組電源輸入。相應的，在配電部分就也可以對應采用兩組獨立的電源總線。結合UPS本身就支持雙總線輸入，實際上可以構造出很多種組合形式。對不同方式進行比較后，比較推薦的一種典型的結構見下圖所示

這里把兩組獨立市電都供給兩套UPS系統(tǒng)，然后每一套UPS系統(tǒng)作為一條總線來使用，可以充分發(fā)揮市電雙總線，UPS內部雙總線以及負載雙總線高可用性的優(yōu)勢。

結論

本文對UPS內部設計，UPS系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)的可用性進行分析，給出了提升UPS電源系統(tǒng)可用性的思路。通過分析結果可以發(fā)現(xiàn)在UPS中采用旁路與市電獨立的電源，加入多CPU監(jiān)控，加入電池監(jiān)控等措施可以明顯提升UPS的可用性。另外一方面在系統(tǒng)層次上，選擇模塊化的結構，縮短維修更換時間，更多使用并聯(lián)結構，也可以明顯提升可用性。