HV BCM 促使电信设备设计在高压直流配电场合应用设计分享-电路方案

VIP专享 2021-04-22 08:24:33 4.22MB ZIP
10
收藏 收藏
举报

前言: 电信或数据中心巨大的耗电量已迫使业界需要实行高压直流配电来改善效率,捉高运作效益。国际订立的直流标准是380VDC,其多样的好处已有很多文献阐述过了。高庄配电的数据中心现在已在全球各地实行起来了,可预期未来会越益普遍。电信设备设计在高压配电的场合运行,需将高压直流转换到低压48V或12V,再由下游的负载点转换功能,输出稳压的1V,3.3V, 5V等电压,供电给处理器,记忆体等所需的电力。这些设备安装大量的功能单板以至运作功率强大,每台设备动辄涉及数千瓦的电力传输。那么目前到底有没有高效的功率元件,适合甚或促使业界设计这些新设备呢?功率元件要有怎样的特性,才算是理想呢?是体积小,功率高,即高功密,高效率吧;还有什么呢?低噪声, 高可靠,易安装,应用简一当然; 是这些了罢,还想到什么?价格,货期,服务…?怎样才算高效率,DC一DC转换器几十年前80%效率已算高,目前已普遍做到90%,但这对于高功率的电信设备,还是不够的; 先说一说这个题外话,一个高密度高功率稳压隔离DC一DC转换器效率在92一95%已是相当理想,大家或许知道96%也能做到,但这是必然需牺牲了体积的,效率和体积很多时候是互相取舍的,原因是若要细小体积,就需高频开关,才可缩小使用的磁件,电容;而高频开关就要克服开关损耗,其正比于频率,平衡点大概就是得到约93%的效率而同时又得到体积细小的器件,这或许是目前最佳的取舍了。言归正传,本文要说明的是目前已有效率高达98%,功率达1.8 kW而体积只约61x23x7.3mm (见图1) 的高压隔离母线转换器,极为适合高压配电设备的设计应用。其还可直接并联扩展功率到数十千瓦。以下进一步说明这种器件的本质及其在高压配电设备应用的情况。慢着,刚才提到93%的效率是全功能转换器的体积效率最佳取舍,现又说这个细小的母线转换器已是98%,是否予盾?答曰无矛盾。理由是电信设备从380V隔离降压到48V或12V,并不需要精准,紧密的稳压输出,因此不需要带有闭环控制回路的高稳压率DC一DC转换器,而所说的母线转换器是个开环的固定变比器件,其实就是真正的变压器,是能够在直流操作的变压器,本质上能够双向传输功率的。其使用特殊的谐振零电压零电流开关方式,名为正弦振幅转换(SAC),效率极高,噪声低,在高压配电应用场合是最适合不过了。 正弦振幅转换器(SAC) 我们知道谐振式软开关,对比于硬开关可大大降低开关损耗而提升效率,其主因是使开关管(主要是埸效管)开关在零电流或零电压状态,其产生的开关电压或电流波型就像个准正弦波,谐波从而减低,噪声因而较小。SAC转换拓扑在这方面初看有相似的地方,但细看不如说它的操作是完全的截然不同。SAC是基于串联变压器的谐振拓扑,有别于ZVS/ZCS准谐振器。SAC在固定频率操作,该频率等于初侧端谐振电路的自然振盪频率;在初侧端的场效管被锁定在此自然振盪频率并在过零瞬间开关,消除开关功耗及大大降低高阶噪声谐波。在初侧端谐振电路的电流或电压是纯正弦的,不是方波,也不是其它谐振器的准正弦波,这也大大降低谐波而得出更低的输出噪声频谱,见图2。 SAC是能够同时在零电压及零电流开关场效管的,开关损耗极低而能工作在数个MHz的高频,容许使用细小变庄器磁件,从而提升功率密度及效率。 Vicor的高压母线转换器 (HVBCM) 就是SAC的其中一员,具固定的数个MHz操作频率,不依负载变化。SAC对副侧负载增加的响应是增强在谐振电路正弦波的振幅,也就增强了能量的传递,藕合到副边、负载。当负载降低,正弦幅度下降,负载为零时,其趋向零。 图1: 高压隔离母线转换器 (HVBCM) 外观图 图2: 正弦振幅转换器(SAC) HVBCM 在高压配电电信设备的应用方式 如是新建的电信设备,要在高压配电的场所运作,大可革命性创新设计,直接利用高庄直流为分布功率的源头母线,即设备机柜的背板电压就取自场所内供应的高压直流电压,机柜内的每个单板就直接置放HVBCM,把高压降到安全低庄如48V, 12V,再由负载点转换器提供稳压多路输出到所需负载如处理器,记忆体等,见图3。如此的在高压直接分布电力,完全消除了低压分布的超大电流困难。例如一个5kW的设备在12V分布电力意味母线导体要导电417A电流,而在380V分布则只是13A。在417A电流,每1m欧阻抗就损耗174W,根本是不可克服的困难。 图 3: 设备单板在高压分布电力 电信设备生产商或会有个疑问,电信发展已有多年历史,设备生产商已有大量低压运作良好的单板,而且正在各场所良好运作,发挥其功能。如要生产适合在高压配电场所运作的新设备,是否就要抛弃这些低压单板,重新设计新的单板?是的,电信生产商有大量旧有但又仍然运作且能满足要求的单板,而同时又要快速生产出高压配电适用的机柜设备,怎办?我们会看到

...展开详情
立即下载
限时抽奖 低至0.43元/次
身份认证后 购VIP低至7折
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
您会向同学/朋友/同事推荐我们的CSDN下载吗?
谢谢参与!您的真实评价是我们改进的动力~
  • 至尊王者

关注 私信
上传资源赚钱or赚积分
最新推荐
HV BCM 促使电信设备设计在高压直流配电场合应用设计分享-电路方案 (VIP专享) VIP下载
1/0