INTELEC展示高壓直流配電的可行性

多年來(lái)，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(kuò)大移動(dòng)語(yǔ)音/視頻/數(shù)據(jù)通信，以及迅速發(fā)展的云計(jì)算服務(wù)的需求顯著增長(zhǎng)。其結(jié)果，功率消耗已經(jīng)成為在這些中心的經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)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(jī)構(gòu)，如環(huán)境保護(hù)署(EPA)和行業(yè)協(xié)會(huì)，如綠色網(wǎng)格的到來(lái)。作為響應(yīng)，工程師已采取幾種方法來(lái)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(gè)原因。一大亮點(diǎn)是改善功率鏈的整體能效。從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，研究已經(jīng)表明，高約10%的能量效率可以通過(guò)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(lái)實(shí)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(jī)遇“.1

該白皮書指出，還有其他一些因素推動(dòng)電力電子設(shè)計(jì)師走向新400 VDC拓?fù)洹＠?，與交流，直流不需要源同步，并且可以從可再生能源如太陽(yáng)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(wèn)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(guò)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(guò)去的幾年里，一些研究實(shí)驗(yàn)室，包括勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和英特爾實(shí)驗(yàn)室，以及電源制造商，如Vicor公司已經(jīng)證實(shí)的概念和使用高壓直流配電數(shù)據(jù)中心的能效優(yōu)勢(shì)和電信系統(tǒng)(見(jiàn)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(guó)際通訊能源會(huì)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(yàn)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?yàn)閁L認(rèn)證，生產(chǎn)就緒的高電壓電源的可用性的挑戰(zhàn)。在INTELEC會(huì)議，重點(diǎn)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(gè)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(xì)信息

按照Vicor的文章中的描述“顯示表明增加的400-V D​​C活力的電信和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用”，在演示中使用2機(jī)架式電源產(chǎn)品說(shuō)明400 VDC如何能供電不同類型的負(fù)載代表不同的電源水平。例如，一個(gè)艾默生整流器產(chǎn)生380伏，這是用來(lái)功率負(fù)載如高壓照明單元，懷格總線轉(zhuǎn)換器，和一個(gè)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(jí)路由器(圖1)。所有從交流整流器起始于點(diǎn)的負(fù)載(POL)直流/直流轉(zhuǎn)換器，包括電源連接器和保護(hù)設(shè)備的電源部件，被安置在兩個(gè)機(jī)架。討論建議，機(jī)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(gè)功能齊全的400伏電源系統(tǒng)。

雖然一個(gè)機(jī)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(gè)電源條。兩個(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)孤立的，不受監(jiān)管的48伏直流輸出可達(dá)1750 W(連續(xù))輸出功率。它可以并聯(lián)更高的功率輸出。實(shí)現(xiàn)與2750瓦/ in3的功率密度98%的峰值效率時(shí)，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?fù)渑c零電壓/零電流開(kāi)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(shì)。

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(yùn)行，在95°C的溫度沒(méi)有降額時(shí)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(fù)載變化和允許無(wú)縫，動(dòng)態(tài)使用多個(gè)來(lái)源，如整流后的直流線路，電池和可再生能源，因?yàn)樗麄兂蔀樵诟邏褐绷鬏旊姷纳鷳B(tài)系統(tǒng)提供。

為了進(jìn)一步降壓的48 VDC總線較低點(diǎn)的負(fù)載(POL)電壓驅(qū)動(dòng)IC負(fù)載，如微處理器，F(xiàn)PGA和ASIC，Vicor公司已準(zhǔn)備指定PI31xx一個(gè)孤立的降壓轉(zhuǎn)換器系列轉(zhuǎn)換48 V輸入下來(lái)3.3 V或更高。例如，PI3101-00-HVIZ可提供高達(dá)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(kāi)關(guān)，平面磁性元件，并支持元件在一個(gè)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?fù)涞牟渴穑驯豢朔，F(xiàn)在部署好是由多個(gè)功率組件供應(yīng)商的支持。