专利名称：用分布式直流电力构架为电子设备外壳供电的系统和方法
技术领域：
本公开涉及一种用于为电子设备外壳供电的系统和方法，更具体地，涉及一种与 要求将电力分配到外壳内的多个电子模块的系统一起使用的电力输入模块(PEM)。
背景技术：
这部分的内容仅仅提供与本公开相关的背景信息，可能并不构成现有技术。一对一的备用电力系统常常使用在当前的先进TCA(电信计算构架，在下文中称 SATCA)电子设备外壳中。一般地，这种外壳使用多个架，这些架均可以以并排的方式支撑 多个“刀闸盒(blade)(电子印刷电路板模块)”。ATCA适应性外壳一般具有两个电源，因 此对各个电源使用电子外壳中的单独的电力输入模块(PEM)。每个电力馈线使用一个PEM。 每个电力馈线由两个电缆形成一个电力馈送电缆和一个电力返回电缆。单个电力馈线的 电力馈送电缆和电力返回电缆耦联至外壳内的电力支线。外壳内的每个电力支线一般由一 对电力总线形成，所述一对电力总线由对外壳的特定架中的刀闸盒的子设备提供电力的馈 送总线和返回总线组成。在外壳内，在PEM后，每个电力支线保持与所有其他电力支线完全 隔离。一个PEM的电力支线因而与其他PEM的所有其他支线完全隔离。一般地，备用的一 个或多个PEM与外壳一起使用，并耦联至来自其他电源的单独的一个或多个电力馈线，以 形成用于外壳内的给定支线的备用电力馈线。对于当前的ATCA适应性外壳，PEM被用来将各个电缆电力馈线与单个电力支线相 联。每个电力支线将电力分配到与该支线相关联的一个或多个刀闸盒。“B”电力支线将电 力分配到每个电力支线的“M”刀闸盒。在PEM内，电力馈线连接到电力支线，使得每个电力 支线由一个且仅由一个电力馈线驱动。在图1中示出了这种典型的当前构造的示例。尽管未在图1中示出，但典型的ATCA适应性外壳具有包括一个或多个备用PEM的 架和另一组电力支线总线，所述另一组电力支线总线与图示的电力系统平行地驱动每个相 同的刀闸盒。电源一般为48伏直流电池组，但是本公开不限于这些情况。对于图1所示的当前系统，每个电源具有四个电力支线的外壳可以具有例如这样 的PEM:该PEM具有IOOamp (安培)的一个电力馈线，每个均为SOamp的两个电力馈线，或 者每个75amp的四个电力馈线。由于从电源向外展开的电力支线不能够重新汇合，因此每 个支线最多具有一个电力馈线。因此，单馈线PEM将它的一个电力馈线展开到外壳的四个 支线。可替代地，双馈线PEM可将它的两个电力馈线中的每个展开到所述支线中的两个，并 且四馈线PEM直接将每个馈线连接到仅仅一个电力支线。注意，每个PEM变型需要驱动外 壳中的所有电力支线，或者一些刀闸盒将不接收电力。目前，由于可接线到ATCA适应性外 壳的架的电缆的直径方面的限制，电力馈线限制在每个电缆组大约lOOamp。因此，上述限制通常使得系统设计人员使用具有比在外壳中给定的插板(card)构造的电力要求所需的数量多的电力馈线的一个或多个PEM。这起到的增加系统整体成本的作用。然而，安装具有仅 仅单个电力馈线连接到架中的所有插板的PEM可能导致在日后改变外壳内的刀闸盒的构 造的情况下重新构建外壳所进行的显著和高花费的工作。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种电力输入模块(PEM)。该PEM可包括适于耦联至电子 设备外壳的母板的壳体。可设置能够从壳体的外部访问的至少一对电力电缆接线头，用于 将PEM耦联至与电力馈线相关联的一对电力电缆。母板连接器可用于将PEM电耦联至电子 设备外壳的母板。分配网络可设置在PEM壳体内，并可形成至少一对电隔离的电力分配支 线。这些电隔离的电力分配支线可将电力电缆提供的电力耦联至每个电隔离的电力分配支 线，并可为流过每个电隔离的电力分配支线的电流提供返回路径。每个电隔离的电力分配 支线都可独立地对与其相关联的至少一个刀闸盒提供电力。在另一方面，本公开涉及一种可包括适于耦联至电子设备外壳的部件的壳体的电 力输入模块(PEM)。能够从壳体外部访问的第一和第二对电力电缆接线头可用于将PEM耦 联至与第一和第二电力馈线相关联的两对电力电缆。母板连接器可将PEM耦联至电子设备 外壳的母板。设置在PEM壳体内的分配网络可形成至少第一、第二和第三独立的、电隔离的 电力分配支线。分配网络可适于将来自第一电力馈线的电力馈送到第一电隔离的电力分配 支线。分配网络可适于与第一电隔离的电力分配支线相独立地将来自第二电力馈线的电力 馈送到第二和第三电隔离的电力分配支线。在又一方面，本公开涉及一种用于形成电力输入模块(PEM)的方法，该电力输入 模块用于在电子设备外壳中使用，以将至少一个电力馈线接入到容纳在电子设备外壳中的 多个刀间盒。该方法可包括提供适于耦联至电子设备外壳的部件的PEM壳体。能够从壳体 外部访问的至少一对电力电缆接线头可用于将PEM耦联至与所述至少一个电力馈线相关 联的一对电力电缆。电连接器可用来将PEM壳体耦联至电子设备外壳的部件。PEM壳体内 的电力分配网络可具有至少一对电隔离的电力分配支线，用于将供应到电力电缆接线头的 电力耦联至每个电隔离的电力分配支线。每个电隔离的电力分配支线可构造成独立地提供 电力到容纳在电子设备外壳内的所述多个刀闸盒中的至少第一刀闸盒和第二刀闸盒。从此处提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。应当理解，说明书和具 体的示例仅用于说明的目的，并不意在限制本公开的范围。
此处描述的附图仅用于说明的目的，并不意在以任何方式限制本公开的范围。图1是现有技术的多馈线、多支线电力构架设置的视图，其中独立的电力馈线通 过传统的电力输入模块(PEM)接入到独立的电力支线，并且每个电力馈线仅仅能够操纵单 个电力支线；图2是根据本公开的PEM的一个实施例的示意图，其中电力分配网络完全形成在 PEM壳体内，并且其中单个电力馈线可用来将电力馈送到多于一个电力支线；图3是本公开的PEM的另一个实施例的示意图，其中PEM将一对独立的电力馈线接入到多个独立的电力支线，每个电力馈线供应电力到多个电力支线，并且所有的电力分配都在PEM壳体内完成；以及图4是本公开的PEM的另一个实施例的示意图，其中每个单独的电力馈线馈送电 力到单个相关联的电力支线。
具体实施例方式下面的描述在本质上仅仅是示例性的，并不意在限制本公开、应用或使用。应当理 解，在所有附图中，相应的附图标记指代相似或相应的部分和特征。参照图2，示出了根据本公开的一个实施例的电力输入模块(PEM) 10。PEM 10具有 壳体10a，壳体IOa具有标准化的尺寸，使其能够连接到电子设备外壳14内的母板12。壳 体IOa包括将PEMlO接入到外部电源18的输入电力接线头16a和16b。例如，电力接线头 16a可耦联至电力供应电缆20a，而电力接线头16b可独立地耦联至电力返回电缆20b。电 力电缆20a/20b可供应期望的电流馈线(例如IOOamp)到PEM 10。断路器和滤波器子系 统22也可包括在PEM中。断路器和滤波器子系统22可具有穿过壳体IOa伸出的重置按钮 22a，该重置按钮22a使得用户能够在断路器已经跳间的情况下手动重置断路器和滤波器 子系统22的断路器部分。PEM 10包括完全容纳在其壳体IOa内的电力分配网络24。在该示例中，该分配网 络24将从电流馈线供给的电流分送到两个电隔离的电力支线26和28。支线26和28均包 括至少一个(一般多于一个)刀闸盒30，刀闸盒30由通过其相关的支线接收的电流供电。 各个支线26和28中的刀闸盒30 —般位于外壳14的同一架中。PEM 10的主要优点在于，整个分配网络24容纳在PEM 10的壳体IOa内。因此，仅 仅将PEM 10插入到外壳14的母板12中就能够用来形成所需的与电力支线26和28两者 的连接。尽管图2仅仅示出了两个电力支线，但应注意到，PEM 10可形成有能够对多于两个 独立的电力支线回路供应电力的内部分配网络。因此，PEMlO根据与其一起使用的外壳的 电力支线需求来构建。通过将整个电力分配网络设置在PEM 10内，能够在无需改变外壳的 母板以实施不同的电力分配构造的情况下实施具有略微不同的电力分配构造的不同PEM。参照图3，示出了根据本公开的另一实施例的PEM 100。PEM100与PEM 10相似，不 同之处在于PEM 100能够接收来自至少两个独立的电缆电力馈线102和104的电力，并将 电力分配到多个电力支线106、108、110和112。这是通过完全容纳在PEM 100的壳体IOOa 内的内部电力分配网络114实现的。电缆电力馈线102耦联至电力接线头116a和116b， 而电缆电力馈线104耦联至电力接线头118a和118b。电力接线头116a和118a供应电流 到分配网络114中，同时电力接线头116b和118b形成用于各个电缆电力馈线116和118 的返回馈线的一部分。在PEM 100中还优选包括两个独立的断路器和滤波器子系统120和 122，电力电缆馈线102和104中的每个使用一个。外壳14的母板124容纳PEM 100。在图3的示例中，PEM 10电力分配网络构造成使得电缆电力馈线102供应电力到 两个示出的电隔离电力支线106和108，而电缆电力馈线104供应电力到两个电隔离的电 力支线110和112。此外，由于所有的电力分配连接都形成在PEM壳体IOOa内，所以在形 成所需的与电力支线106、108、110和112的连接时无需跳线或母线(strap)。由于电力馈 线102和104到电力支线106-112中的映射是完全在PEM 100内完成的，所以PEM 100能够使用实际上任何特定的电力分配映射而在系统中任何其他地方都不需要物理变化。PEM 10或100的该特征允许对于每个应用以最低的成本解决大范围的应用(即，低功率至高功 率刀闸盒)。应当理解，PEM 100能够容易地进行修改，使得电缆电力馈线102仅仅对单个电力 支线进行馈送，而电力馈线104对两个或更多个隔离的电力支线进行馈电。可替代地，在 PEM 100修改为包括适当的附加数量的电力接线头以使得能够连接所有电缆电力馈线的情 况下，可将三个或更多个电缆电力馈线耦联至PEM 100。PEM 100的内部电力分配网络也可 修改为容纳将由每个电缆电力馈线进行馈电的附加电力支线。
参照图4，示出了根据本公开的另一实施例的PEM 200。PEM200允许将四个独立 的电缆电力馈线202、204、206和208接入到PEM 200的壳体200a内的内部分配网络210。 PEM 200包括将电力分别耦联至四个独立的电力支线220、222、224和226的四对电力接线 头212、214、216和218。因此，在该示例中，每个电力馈线供应电力到仅仅一个电力支线。 电力接线头212、214、216和218中每一个均具有分别供应电力到其相应的电力支线的电力 供应接线头212a,214a,216a和218a。电力接线头212b,214b,216b和218b形成用于各个 电力馈线的电力返回路径的一部分。尽管为了避免使图杂乱而没有示出，但PEM 200优选 包括四个独立的断路器和滤波器子系统(诸如对PEM 10和100所描述的)，换句话说，每个 电缆电力馈线202、204、206和208对应一个。每个电力支线220、222、224和226供应电流 到一个或多个刀闸盒230。PEM 200耦联至外壳14的母板连接器232。如果期望的话，可 实施具有相应数量的电力支线的较多或较少数量的电力馈线接线头，以满足特定应用的需 要。PEM 10、100和200使得能够在构造用于特定的电力需求的外壳时能够实现显著 提升的适应性。例如，每个电源具有四个电力支线的外壳能够具有这样的PEM 该PEM具有 IOOamp的一个电力馈线，每个均为SOamp的两个电力馈线，或者每个均为75amp的四个电 力馈线。由于从电源向外展开的电力支线不能够再汇聚，所以每个支线最多具有一个电力 馈线。因此，单馈线PEM(诸如PEM10)将其一个电力馈线展开到外壳的四个支线，双馈线 PEM(诸如PEM 100)将其每个馈线展开到所述支线中的两个，并且四馈线PEM 200直接将每 个馈送连接到单个电力支线。注意，每个PEM变型(10，100和200)需要驱动外壳中的所有 电力支线，否则一些刀闸盒将不接收电力。当前关于能够通到外壳14的电力电缆的尺寸方面的限制将单个电力馈送电缆的 电流承载容量限制在大约lOOamp。因此，单电缆电力馈线PEM支持每个刀闸盒的最低功率， 并且为最低成本的PEM。双馈线PEM将以稍高的PEM成本支持两倍的每个刀闸盒的功率，并 且成本最高的四馈线PEM将利用输送电力到外壳14的四个电缆电力馈线支持数量最多的 电刀闸盒。系统设计人员采取适于将安装在特定外壳中的刀闸盒的功率水平的特定的PEM 构造。以前设计的多馈线架电力系统使用基本非适应性并增加了无需较高功率电流的 系统的成本的方案。例如，一些以前的架对于到给定架中的每个电力馈线使用物理上分开 的PEM。这迫使架具有用于每组刀闸盒的PEM (即，每个电力支线一个PEM)，而与是否需要 较高的功率电流无关。该方案中的能够由单组电缆(即，100或更小的amp)的电力来操作 的系统需要具有多个PEM，即使它们无需容纳多组电力馈线电缆也是如此。该方案不必要地增加了产品成本。每个PEM还需要诸如IPMC的与其电力构架无关的部件，和用于封闭和保护PEM并将PEM插入到母板上以及从母板中拔出的机械部件。因此，通过使PEM的数量最小化到充 分地对所有正在外壳中使用的所有刀闸盒供电所需使用的特定最小数量，减小了系统级的 成本。PEM 10、100和200是有利的，因为它们使得能够对给定的插板构造实施最成本有 效的PEM构造。因此，对于较高功率的架系统(S卩，每个刀闸盒300W+)可选择特定的PEM(例 如，PEM 200)，其中需要多个电缆电力馈线电源，而具有不同的内部电力分配网络和单个电 缆电力馈线的PEM(例如，PEM 10)可用于较低的电力系统。因此，可以选择特定的PEM构 造，以避免成本亏损，所述成本亏损与使用具有比特定应用所需大的电力供应和分配能力 的PEM有关。PEM 10、100和200提供的另一个优点是能够容易地辨识电力系统构造。架是否构 造用于双馈线电力或单馈线电力能够通过对正在使用的PEM IOUOO或200上的电力接线 头进行计数立即从外面看到。由于从多馈线到单馈线和从单馈线到多馈线的转换是仅仅通 过改变PEM来完成的，所以架的管理人员能够通过读取安装的PEM的类型100%确定地知 晓系统是如何构造的。不存在其他决定电力系统构造的部件或因素，也不存在技术人员或 本领域的工程师需要考虑以理解特定外壳的特定电力构造的特别的盖板或虚设PEM。其他 涉及安装在母板上PEM或母线之间的外部母线的方案则不能这么容易地进行这种辨识。另 夕卜，所有PEM 10、100和200都以相同的方式安装在外壳14的母板上，唯一的不同之处在于 有多少电力馈送电缆连接到PEM 10、100或200。从系统构造的观点来看，使用PEM 10、100或200中的一个或者其变型的系统在它 们的设立时在本质上是十分简单的。对于每个电源，进入外壳14中的电力馈线的数量由哪 种类型的PEM安装在外壳14 一侧这个唯一的因素来确定。用于一个电源的PEM是否为双馈 线以及用于另一个电源的PEM是否为单馈线在电学意义上并不重要。由于两种类型的PEM 具有相同的尺寸，所以一直不需要特别的盖板或虚设PEM。只有一个位置每个PEM能够插入 到架(即，外壳)中以便与母板相联，因此在安装PEM 10、100或200时在定位中并没有难 度。另外，对于插入到系统中的PEM 10、100或200，通过仅仅对PEM表面上的电力接线头 进行简单地计数就能够立即看到电力馈线的数量。不存在从外壳外部看不到的安装在外壳 14内的母线。因此，利用PEM 10、100、200或其变型来实现外壳的构造是快捷并且容易的。尽管此处描述的各种实施例特别适于与ATCA架使用，但PEM10、100和200有可能 与需要分布式直流电力构架的实际上任何标准或非标准的电子设备外壳一起使用。因此， 应当理解此处描述的各种实施例在应用上不仅限于ATCA系统。尽管已经描述了各种实施例，但本领域技术人员将认识到可以在不偏离本公开的 情况下实现修改或变型。这些示例示出了各种实施例，并不意在限制本公开。因此，除了仅 仅在鉴于相关的现有技术来理解时才必要的限制外，应当不受限制地理解说明书和权利要 求。
权利要求
一种电力输入模块(PEM)，包括电力输入模块壳体，该电力输入模块壳体适于耦联至电子设备外壳的母板；能够从所述壳体的外部访问的至少一对电力电缆接线头，用于将所述电力输入模块耦联至与电力馈线相关联的一对电力电缆；母板连接器，该母板连接器用于将所述电力输入模块电耦联至所述电子设备外壳的母板；设置在所述电力输入模块壳体内的分配网络，该分配网络形成至少一对电隔离的电力分配支线，用于将从所述电力电缆提供的电力耦联至所述电隔离的电力分配支线中的每个，并为流过每个所述电隔离的电力分配支线的电流提供返回路径；并且其中，每个所述电隔离的电力分配支线均独立地提供电力到与其相关联的至少一个刀闸盒。
2.如权利要求1所述的电力输入模块，还包括与所述一对电力电缆接线头电连通的断路器。
3.如权利要求2所述的电力输入模块，还包括与所述断路器相关联的滤波器。
4.如权利要求1所述的电力输入模块，其中，所述电力输入模块壳体包括第二对电力 电缆接线头，所述第二对电力电缆接线头用于将所述电力输入模块壳体耦联至对所述电力 输入模块供应电力的第二对电力电缆。
5.如权利要求4所述的电力输入模块，其中所述一对电力电缆接线头供应电力到所述至少一对电隔离的电力分配支线；并且 所述第二对电力电缆接线头供应电力到附加的电隔离的电力分配支线。
6.如权利要求5所述的电力输入模块，还包括独立地与所述第二对电力电缆相关联的 附加的断路器和滤波器子系统。
7.如权利要求4所述的电力输入模块，其中所述电力输入模块壳体包括第二对电力电缆接线头，用于供应电力到所述电力输入模块壳体内的第二电隔离的电 力分配支线；第三对电力电缆接线头，用于供应电力到所述电力输入模块壳体内的第三电隔离的电 力分配支线；以及第四对电力电缆接线头，用于供应电力到所述电力输入模块壳体内的第四电隔离的电 力分配支线。
8.如权利要求7所述的电力输入模块，其中所述第二电隔离的电力分配支线独立地供应电力到第二组多个刀闸盒； 所述第三电隔离的电力分配支线独立地供应电力到第三组多个刀闸盒；并且 所述第四电隔离的电力分配支线独立地供应电力到第四组多个刀闸盒。
9.一种电力输入模块(PEM)，包括壳体，该壳体适于耦联至电子设备外壳的部件；能够从所述壳体的外部访问的第一对和第二对电力电缆接线头，用于将所述电力输入 模块耦联至与第一电力馈线和第二电力馈线相关联的两对电力电缆；母板连接器，该母板连接器用于将所述电力输入模块耦联至所述电子设备外壳的母 板；以及设置在所述电力输入模块壳体内的分配网络，该分配网络形成至少第一、第二和第三 独立的、电隔离的电力分配支线；所述分配网络适于将来自所述第一电力馈线的电力馈送到所述第一电隔离的电力分 配支线；并且所述分配网络适于与所述第一电隔离的电力分配支线相独立地将来自所述第二电力 馈线的电力馈送到所述第二和第三电隔离的电力分配支线。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述第一电隔离的电力分配支线独立地馈送电力到所述第一电隔离的电力分配支线 的至少一个第一刀闸盒；所述第二电隔离的电力分配支线独立地馈送电力到所述第二电隔离的电力分配支线 的至少一个第二刀闸盒；并且所述第三电隔离的电力分配支线独立地馈送电力到所述第三电隔离的电力分配支线 的至少一个第三刀闸盒。
11.如权利要求9所述的装置，还包括可操作地与所述第一对电力电缆接线头和所述第一电力馈线相关联的第一断路器；以及可操作地独立于所述第一断路器并与所述第二对电力电缆接线头和所述第二电力馈 线相关联的第二断路器。
12.如权利要求11所述的装置，还包括可操作地与所述第一对电力电缆接线头和所述第一电力馈线相关联的第一滤波器；以及可操作地独立于所述第一滤波器并与所述第二对电力电缆接线头和所述第二电力馈 线相关联的第二滤波器。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述第一断路器和所述第一滤波器形成位于所述电力输入模块壳体内的第一集成子 组件；并且所述第二断路器和所述第二滤波器形成位于所述电力输入模块壳体内的第二集成子 组件。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述电力输入模块壳体电耦联至所述电子设备外 壳的母板。
15.一种用于形成电子输入模块(PEM)的方法，该电子输入模块用于在电子设备外壳 中使用，以将至少一个电力馈线接入到容纳在所述电子设备外壳中的多个刀闸盒，所述方 法包括提供适于耦联至所述电子设备外壳的部件的电力输入模块壳体； 使用能够从所述壳体的外部访问的至少一对电力电缆接线头，用于将所述电力输入模 块耦联至与所述至少一个电力馈线相关联的一对电力电缆；使用电连接器将所述电力输入模块壳体耦联至所述电子设备外壳的所述部件； 在具有至少一对电隔离的电力分配支线的电力输入模块壳体内形成电力分配网络，用 于将供应到所述电力电缆接线头的电力耦联至所述电隔离的电力分配支线中的每个；以及将每个所述电隔离的电力分配支线构造成独立地提供电力到容纳在所述电子设备外 壳内的所述多个刀闸盒中的至少第一刀闸盒和第二刀闸盒。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述使用电连接器将所述电力输入模块壳体耦 联至所述电子设备外壳的所述部件包括使用与所述电力输入模块壳体相关联的电连接器 将所述至少一对电隔离的电力分配支线电耦联至所述电子设备外壳的母板。
17.如权利要求15所述的方法，还包括设置与所述至少一对电力电缆接线头相通信的 断路器。
18.如权利要求15所述的方法，还包括设置与所述至少一对电力电缆接线头相通信的 滤波器。
19.如权利要求15所述的方法，还包括设置与所述至少一对电力电缆接线头相通信的 集成子系统，该集成子系统包括断路器和滤波器。
20.如权利要求15所述的方法，还包括在所述电力输入模块壳体上设置附加的一对电力电缆馈送接线头；以及独立地将所述附加的一对电力电缆馈送接线头接入到所述电力输入模块壳体内的至 少第三电隔离的电力分配支线，所述第三电隔离的电力分配支线与所述一对电隔离的电力 分配支线中的每个电隔离。
全文摘要
一种与电子设备外壳一起使用的电力输入模块(PEM)。该PEM具有适于耦联至电子设备外壳的架的壳体。该壳体具有能够从壳体的外部访问的至少一对电力电缆接线头，用于将PEM耦联至与电力馈线相关联的一对电力电缆。所述PEM还具有用于将PEM耦联至电子设备外壳的母板的母板连接器。在PEM壳体内设有分配网络，该分配网络形成至少一对电隔离的电力分配总线，用于将从电力电缆提供的电力耦联至电力分配支线中的每个。每个电力分配支线均独立地提供电力到支撑在电子设备外壳内的至少一个刀闸盒。
文档编号H02B1/20GK101826748SQ20091020610
公开日2010年9月8日 申请日期2009年10月19日 优先权日2008年10月17日
发明者帕希·尤卡·韦内尔, 斯蒂芬·豪泽, 杰弗里·L·怀斯, 詹姆斯·J·多尔西 申请人:艾默生网络能源-嵌入式计算有限公司