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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie funktioniert eigentlich ein redundantes Netzteil ?


Autor: Jens (Gast)
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2 normale stabilisierte Netzteile würden sich ja gegenseitig tot regeln.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mach eine Diode hinter jeden Netzteilausgang...

Autor: Jens (Gast)
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Bei Server-üblichen Spannungen von 12V bzw. 5V treibt das nicht gerade 
den Wirkungsgrad nach oben

Autor: Thomas Hempe (tux85)
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Ehm ganz einfach: Am Ausgang beider Netzteile einen Mosfet. In der Regel 
läuft Netzteil 1. Netzteil 2 überwacht die Spannung am Netzteil 1 und 
umgekehrt. Fällt Spannung an Netzteil 1 unter eine gewisse Schwelle 
schalte Netzteil 2 dazu und Netzteil 1 ab. Et Voila :)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Dafür gibt es dann andere Konzepte, z.B. so dass eines die Spannung 
liefert, und das andere in Lauerstellung auf den Ausfall wartet...

Autor: Thomas Hempe (tux85)
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Lothar Miller schrieb:
> Dafür gibt es dann andere Konzepte, z.B. so dass eines die Spannung
> liefert, und das andere in Lauerstellung auf den Ausfall wartet...

Hehe da waren wir wohl beide gleichschnell mit Antworten.

Autor: Jens (Gast)
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Ok, danke.

Autor: Jan R. (janra)
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Thomas Hempe schrieb:
> Ehm ganz einfach: Am Ausgang beider Netzteile einen Mosfet. In der Regel
> läuft Netzteil 1. Netzteil 2 überwacht die Spannung am Netzteil 1 und
> umgekehrt. Fällt Spannung an Netzteil 1 unter eine gewisse Schwelle
> schalte Netzteil 2 dazu und Netzteil 1 ab. Et Voila :)

Hoi,
die Beschreibung mit dem Mosfet, der quasi als Weiche agiert, ist 
insofern ein Schwachpunkt, indem er eine gewünschte Eigenschaft in dem 
Szenario (nämlich die Redundanz) wieder zunichte macht: Er ist selbst 
ein Single Point of Failure.  Fällt der Mosfet mal aus, bringen auch die 
2 NT nix mehr.

Grüße, Jan.

Autor: Christoph Budelmann (Firma: Budelmann Elektronik GmbH) (christophbudelmann) Benutzerseite
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Jan R. schrieb:
> die Beschreibung mit dem Mosfet, der quasi als Weiche agiert, ist
> insofern ein Schwachpunkt, indem er eine gewünschte Eigenschaft in dem
> Szenario (nämlich die Redundanz) wieder zunichte macht: Er ist selbst
> ein Single Point of Failure.  Fällt der Mosfet mal aus, bringen auch die
> 2 NT nix mehr.

Es gibt fertige Bausteine, die die Umschaltung vornehmen können und die 
wir beispielsweise in einem Netzteil mit USV einsetzen:

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H...

Wenn man auch in der Schaltung Redundanz benötigt, kann man auch Mosfets 
parallel schalten.

Autor: Mine Fields (Gast)
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Man müsste in dem Fall wohl pro Netzteil zwei FET in Reihe schalten und 
die Überwachung so gestalten, dass man beide testen kann. Wenn einer 
durchlegiert muss man dann einen Ausfall melden.

Autor: Jens (Gast)
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Völlige Redundanz ist mit 2 Netzteilen nicht zu erreichen, man erspart 
sich allerdings Nerv falls eine Sicherung rausfliegt, oder wenn die 
Elektriker an der USV rumfummeln.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Wenn man auch in der Schaltung Redundanz benötigt, kann man auch
> Mosfets parallel schalten.
Das kannst du beliebig weit treiben, bis du dann 2 komplette 
Systeme/Server hast...

Die Frage ist doch: kann ich mit einer Redundanz an irgendeiner Stelle 
die Ausfallwahrscheinlichkeit signifikant reduzieren?

Autor: André H. (andrekr)
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Jan R. schrieb:
> die Beschreibung mit dem Mosfet, der quasi als Weiche agiert, ist
> insofern ein Schwachpunkt, indem er eine gewünschte Eigenschaft in dem
> Szenario (nämlich die Redundanz) wieder zunichte macht: Er ist selbst
> ein Single Point of Failure.

Es ist auch überhaupt nicht das Ziel von redundanten Netzteilen, keinen 
Single Point of Failure zu haben - dafür gibt es andere Konzepte. Der 
Grund für redundante Netzteile ist, daß Netzteile oft ausfallen.

Autor: mhh (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Die Frage ist doch: kann ich mit einer Redundanz an irgendeiner Stelle
> die Ausfallwahrscheinlichkeit signifikant reduzieren?

Das findet nur im Kopf statt, in dem Sicherheit vorgegaukelt wird.

Lothar Miller schrieb:
> Das kannst du beliebig weit treiben, bis du dann 2 komplette
> Systeme/Server hast...

Das dürfte die einzige sinvolle Lösung sein.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Jan R. schrieb:
> Thomas Hempe schrieb:
>> Ehm ganz einfach: Am Ausgang beider Netzteile einen Mosfet.
> die Beschreibung mit dem Mosfet, der quasi als Weiche agiert, ist
> insofern ein Schwachpunkt, indem er eine gewünschte Eigenschaft in dem
> Szenario (nämlich die Redundanz) wieder zunichte macht: Er ist selbst
> ein Single Point of Failure.

Das sehe ich nicht so.
Fällt ein Mosfet aus übernimmt der andere Mosfet mit dem anderen 
Netzteil.

Legiert er allerdings durch und das Netzteil bringt eine zu hohe 
Spannung, dann hat man ein Problem.

Dennoch ist das für mich kein Single Point of Failure. Weil Netzteil und 
Mosfet gleichzeitig ausfallen müssen und das auch noch in der 
Kombination Durchlegieren und Überspannung.

Autor: MaWin (Gast)
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Also in unserem alten Server warn nur die (speziellen) Netzteile 
parallelgeschaltet.
Keine Diode, keine extra Sense-Leitungen, nur die passende Kennlinie 
(bei mehr Strom etwas weniger Spannung liefern)
und ausreichender Gleichlauf reichten, damit 2 von 3 den Server
versorgen konnten, und man sie einzeln im Betrieb rausziehen konnte.

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Hallo,

es ist sowieso besser, die Netzteile gleichmässig zu belasten. D.h. 
jedes kann die Versorgung allein übernehmen, aber solange kein Fehler 
eintritt arbeitet jedes mit 50 % und liefert die Hälfte der geforderten 
Leistung.

Gruss Reinhard

Autor: A. K. (prx)
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Es ist bei Servern grösserer Gewichtsklasse nicht unüblich, dass mehr 
als 2 Netzteile einbaubar sind und die Anzahl einzubauender Netzteile je 
nach Ausbaustufe des Servers und mit/ohne gewünschter Redundanz 
unterschiedlich ausfällt. Das kann also heissen, dass bei Vollausbau 
mindestens 2 von 3 lebenden Netzteile erforderlich sind - und das geht 
nur wenn die parallel arbeiten.

Autor: A. K. (prx)
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Reinhard Kern schrieb:

> eintritt arbeitet jedes mit 50 % und liefert die Hälfte der geforderten
> Leistung.

Leider heisst das oft genug, dass die deshalb meist mit je 20% Nennlast 
und damit mit eher mässigem Wirkungsgrad arbeiten.

Autor: mhh (Gast)
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A. K. schrieb:
> Leider heisst das oft genug, dass die deshalb meist mit je 20% Nennlast
> und damit mit eher mässigem Wirkungsgrad arbeiten.

Verfügbarkeit sollte vor Wirkungsgrad gewichtet sein, sonst ist das 
ganze Konzept nichts wert.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Als wenn es bei Server Netzteilen auf Wirkungsgrad ankommt...

Autor: A. K. (prx)
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Die Stromrechnung hat man dabei weniger im Auge. Wohl aber die 
thermische Bilanz einer Reihe voll bestückter Racks. Die ist zwar der 
Verfügbarkeit nachgeordnet, aber nicht belanglos. Klimaanlage, 
Luftführung etc.

Autor: Hagen Re (hagen)
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Schaltnetzteile ! Der Wirkungsgrad ist dann fast unabhängig von der 
Last.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das Konzept ist nicht ein Powersupply auf standby zu haben bis es 
einschaltet, sondern mit Loadshare Controllern beide so laufen zu 
lassen, dass beide je die halbe Leistung bringen.

Autor: A. K. (prx)
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Hagen Re schrieb:

> Schaltnetzteile !

;-)

Ich habe zwar auch schon Linearnetzteile von Minicomputern und 
Mainframes in den Händen gehabt (und einen eigenen Rechner einige Zeit 
lang an einem ~300W Linearnetzteil betrieben ;-), aber die Zeit von 
derartigem Heavy Metal ist lang lang vorbei.

Abgesehen davon sind Linearnetzteile im Niedriglastbereich viel besser 
als bei hoher Last. Ok, besser als Schaltnetzteile sind sie allenfalls 
bei sehr niedriger Last.

> Der Wirkungsgrad ist dann fast unabhängig von der Last.

Wenn das stets so wunderbar wäre, dann bräuchte man nicht die 
Initiativen, deren Effizienz über den gesamten Betriebsbereich 
hinreichend hoch zu halten.

Autor: Jens (Gast)
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A. K. schrieb:
> Das kann also heissen, dass bei Vollausbau
> mindestens 2 von 3 lebenden Netzteile erforderlich sind - und das geht
> nur wenn die parallel arbeiten.

Wenn den auch das RZ mehr als 2 völlig voneinander unabhängige 
Stromversorgungen hat .........
Ich mag diese Dinger überhaupt nicht!

Autor: A. K. (prx)
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Jens schrieb:

> Wenn den auch das RZ mehr als 2 völlig voneinander unabhängige
> Stromversorgungen hat .........

Was soll das bringen?

Es geht hier um Absicherung gegen Netzteilausfall, nicht gegen 
RZ-Ausfall.

Selbst wenn du den Strom vom RZ aus drei getrennten Kraftwerken beziehen 
solltest, reicht immer noch ein einziger Brandfall im Gebäude und alle 
drei sind weg (par ordre du Feuerwehr), ebenso bei Wassereinbruch, usw. 
Und nicht zuletzt kann der Server auch bei intaktem Strom den Geist 
aufgeben, oder jemand verwechselt den Not-Ausschalter mit dem 
Lichtschalter.

Nope, wenn du dich in solchen Sphären der Verfügbarkeit bewegen willst, 
dann kommst du um getrennte RZs mit gespiegelter Datenhaltung und 
entsprechenden HA-Clustern nicht herum. Dann erst kannst du anfangen, 
dir über getrennte Stromversorger Gedanken zu machen.

Autor: Jens (Gast)
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A. K. schrieb:
>> Wenn den auch das RZ mehr als 2 völlig voneinander unabhängige
>> Stromversorgungen hat .........
>
> Was soll das bringen?

Das man bei rausfliegenden Sicherungen und bei Wartungsarbeiten an der 
USV keinen Nerv hat.

Autor: A. K. (prx)
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Jens schrieb:

> Das man bei rausfliegenden Sicherungen und bei Wartungsarbeiten an der
> USV keinen Nerv hat.

Den Effekt mit USV-Wartungen kenne ich. Aber du löst damit genau ein 
Problem von vielen.

Rausfliegende Sicherungen sind kein Problem, denn wer die Netzteile 
nicht an hinter der USV getrennt abgesicherte Phasen hängt, der sollte 
sich an die eigene Nase fassen. Und wenn die USV selbst das Problem ist, 
dann siehe oben unter Wassereinbruch. Wobei ich mich hier auf USVs von 
Schrankwandformat aufwärts beziehe, nicht auf die Schuhkartons.

Autor: A. K. (prx)
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PS: Besonders kreativ sind natürlich die bei manchen Geräten beliegenden 
Y-Kabel, um zwei redundante Netzteile steckdosensparend anschliessen zu 
können ;-). Aber man muss ja nicht unnötig für dumm verkaufen lassen.

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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Jens schrieb:
> 2 normale stabilisierte Netzteile würden sich ja gegenseitig tot regeln.

zunächst einmal ist anzumerken, dass marktübliche redundante Netzteile 
immer versuchen, die Last möglichst gleichmäßig auf alle (noch) intakten 
Netzteile zu verteilen. Das hat den Vorteil, dass die einzelnen 
Einschübe nicht für eine lange Lebenserwartung bei Maximallast ausgelegt 
sein müssen und außerdem ist die akute Ausfallwahrscheinlichkeit eines 
Netzteiles nach jahrelanger Untätigkeit größer als die von einem 
Netzteil, das bereits seit Jahren einwandfrei bei geringerer Last 
gelaufen ist. Das Konzept redundanter Netzteile setzt natürlich voraus, 
dass defekte Einschübe zeitnah ersetzt werden.
Im einfachsten Fall werden die Netzteile nur parallel geschaltet. Die 
Ausgangsspannungen müssen dann sehr genau auf den gleichen Wert 
eingestellt werden. Die Stromverteilung ergibt sich so aus dem 
Innenwiderstand der Ausgangsspannung(en).
Wesentlich gleichmäßiger verteilen parallel geschaltete Netzteile die 
Last mit einem "Current Sharing"-Signal. Das kann z.B. eine 
Signalspannung sein, die die Auslastung des Netzteiles von 0...100% 
entsprechend einer Spannung von 0...10V ausgibt. Diese Signalleitungen 
haben einen bestimmten Ausgangswiderstand und werden von allen 
Netzteilen parallel geschaltet, sodass sich auf der Leitung der 
Mittelwert aller Auslastungsgrade einstellt. Jedes Netzteil kann dann 
vergleichen, ob seine eigene Auslastung über oder unter dem Mittelwert 
liegt. Liegt die Auslastung eines Netzteiles unter dem Mittelwert, wird 
es seine Ausgangsspannung geringfügig erhöhen oder umgekehrt. Am Ende 
wird jedes Netzteil seine Ausgangsspannung so einstellen, dass seine 
Auslastung genau dem Mittelwert entspricht. Die Last verteilt sich dann 
gleichmäßig auf alle Netzteile.

Jörg

Autor: Jens (Gast)
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A. K. schrieb:
>> Das man bei rausfliegenden Sicherungen und bei Wartungsarbeiten an der
>> USV keinen Nerv hat.
>
> Den Effekt mit USV-Wartungen kenne ich. Aber du löst damit genau ein
> Problem von vielen.

Aber ich löse damit genau ein Problem welches Arbeit am Wochenende oder 
in der Nacht nach sich zieht, und damit keine Ressourcen bindet welche 
ich für meine eigentlichen Aufgaben benötige.

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