多年來，我們已經(jīng)看到，在使用數(shù)據(jù)中心，以滿足不斷上升的互聯(lián)網(wǎng)流量，擴大移動語音/視頻/數(shù)據(jù)通信，以及迅速發(fā)展的云計算服務(wù)的需求顯著增長。其結(jié)果，功率消耗已經(jīng)成為在這些中心的經(jīng)濟學(xué)的一個主要因素。添加到組合是巨大的壓力，降低功率損耗，節(jié)省能源，這是監(jiān)管機構(gòu)，如環(huán)境保護署(EPA)和行業(yè)協(xié)會，如綠色網(wǎng)格的到來。作為響應(yīng)，工程師已采取幾種方法來提高在數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)備使用的功率系統(tǒng)的整體效率。
一這些策略包括使用較高電壓直流(HVDC)總線。采用400 V(最大值)直流配電(也被稱為380 VDC總線)，已獲得支持，在業(yè)界有以下幾個原因。一大亮點是改善功率鏈的整體能效。從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，研究已經(jīng)表明，高約10%的能量效率可以通過使用高壓直流配電相比于傳統(tǒng)的AC到48伏直流轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)，根據(jù)一懷格白皮書“高壓直流配電的關(guān)鍵是提高系統(tǒng)的效率和可再生能源的機遇“.1
該白皮書指出，還有其他一些因素推動電力電子設(shè)計師走向新400 VDC拓撲。例如，與交流，直流不需要源同步，并且可以從可再生能源如太陽能和風(fēng)能汲取電力。此外，它不需要相位均衡和諧波不成問題。此外，大多數(shù)的后備能量源，如電池和飛輪，本質(zhì)上是直流。最后，通過降低電源轉(zhuǎn)換階段，隨著建筑物布線，銅和連接器，直流提供所有權(quán)(TCO)更低的總成本。
在過去的幾年里，一些研究實驗室，包括勞倫斯伯克利國家實驗室和英特爾實驗室，以及電源制造商，如Vicor公司已經(jīng)證實的概念和使用高壓直流配電數(shù)據(jù)中心的能效優(yōu)勢和電信系統(tǒng)(見技術(shù)專區(qū)的文章“高壓直流配電改善數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)效率”)。在第36屆國際通訊能源會議(INTELEC)在加拿大溫哥華去年十月，一些電源廠商超越了概念驗證。他們證明了采用在數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)備，包括建筑物直流配電的生存能力。
此前，采用400伏直流配電母線已經(jīng)因為UL認證，生產(chǎn)就緒的高電壓電源的可用性的挑戰(zhàn)。在INTELEC會議，重點廠家像安德森電源產(chǎn)品，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源，現(xiàn)在叫騰訊嵌入式技術(shù)，IBM，通用電氣公司和Vicor公司展示了一款400 VDC生態(tài)系統(tǒng)的可行性。這些制造商，以及其他零部件供應(yīng)商，顯示一個全功能的400伏配電解決方案，突出技術(shù)的可行性以及其構(gòu)建塊解決方案的可用性。
高壓直流輸電解決方案的詳細信息
按照Vicor的文章中的描述“顯示表明增加的400-V DC活力的電信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用”，在演示中使用2機架式電源產(chǎn)品說明400 VDC如何能供電不同類型的負載代表不同的電源水平。例如，一個艾默生整流器產(chǎn)生380伏，這是用來功率負載如高壓照明單元，懷格總線轉(zhuǎn)換器，和一個小英特爾工業(yè)微服務(wù)器。 380 VDC還喂了第二Vicor的母線轉(zhuǎn)換器，依次從喂養(yǎng)瞻博網(wǎng)絡(luò)的電信級路由器(圖1)。所有從交流整流器起始于點的負載(POL)直流/直流轉(zhuǎn)換器，包括電源連接器和保護設(shè)備的電源部件，被安置在兩個機架。討論建議，機架式設(shè)備被用于演示，以模擬設(shè)備的配置通常出現(xiàn)在電信和數(shù)據(jù)中心設(shè)施。
全功能的400伏直流電源系統(tǒng)的圖像
圖1：在展示2014年INTELEC一個功能齊全的400伏電源系統(tǒng)。
雖然一個機架部署了380 VDC整流器，電池備份，斷路器和分配元素，第二架包含的電腦設(shè)備，包括Juniper路由器，IBM服務(wù)器，并結(jié)合最新的安德森DC插頭多個電源條。兩個機架供電設(shè)備的照片如圖2所示。
功率器件的圖像用于演示功能400 VDC電源系統(tǒng)
圖2：所有用于演示的功能400伏直流電源系統(tǒng)的電源組件被安置在兩個機架。
作為解決方案的一部分Vicor的母線轉(zhuǎn)換器是BCM母線轉(zhuǎn)換器安置在制造商專有的芯片封裝(圖3)，可作為BCM400P500T1K8A30。它采用400(或380 V)直流電壓輸入范圍內(nèi)提供一個孤立的，不受監(jiān)管的48伏直流輸出可達1750 W(連續(xù))輸出功率。它可以并聯(lián)更高的功率輸出。實現(xiàn)與2750瓦/ in3的功率密度98%的峰值效率時，BCM的DC / DC轉(zhuǎn)換器使用的制造商的專有正弦振幅轉(zhuǎn)換器(SAC)拓撲與零電壓/零電流開關(guān)(ZVS / ZCS)。此外，它利用Vicor的芯片封裝技術(shù)的熱性能和密度優(yōu)勢。
Vicor的高功率BCM母線轉(zhuǎn)換器的圖像
圖3：Vicor的高功率BCM總線轉(zhuǎn)換器采用專有的芯片封裝，提供了非常高的轉(zhuǎn)換效率前所未有的功率密度。
其結(jié)果是，在BCM-總線電源轉(zhuǎn)換器模塊提供非常低的頂部和底部側(cè)熱阻抗靈活的熱管理方案。根據(jù)Vicor的數(shù)據(jù)表，在芯片封裝的BCM電源模塊提供全功率運行，在95°C的溫度沒有降額時雙面冷卻使用。此外，每Vicor的解釋，該結(jié)構(gòu)保持高效率跨寬負載變化和允許無縫，動態(tài)使用多個來源，如整流后的直流線路，電池和可再生能源，因為他們成為在高壓直流輸電的生態(tài)系統(tǒng)提供。
為了進一步降壓的48 VDC總線較低點的負載(POL)電壓驅(qū)動IC負載，如微處理器，F(xiàn)PGA和ASIC，Vicor公司已準(zhǔn)備指定PI31xx一個孤立的降壓轉(zhuǎn)換器系列轉(zhuǎn)換48 V輸入下來3.3 V或更高。例如，PI3101-00-HVIZ可提供高達18 A.位于一棟PSIP封裝3.3 VDC輸出，這些模塊集成控制器，電源開關(guān)，平面磁性元件，并支持元件在一個高密度的表面貼裝封裝。
總之，聯(lián)合INTELEC 2014年示范的功能齊全的高壓直流配電解決方案表明，障礙在數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)施(包括建筑物和工業(yè)園區(qū))400 VDC配電拓撲的部署，已被克服?，F(xiàn)在部署好是由多個功率組件供應(yīng)商的支持。
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