INTELEC展示高压直流配电的解决方案

多年来，我们看到数据中心的使用大幅增加，以满足不断增长的互联网流量需求，扩展移动语音/视频/数据通信以及快速开发云计算服务。结果，功耗已成为这些中心经济的主要因素。除此之外，还有来自环境保护局（EPA）等监管机构和绿色网格等行业协会的巨大压力，以减少电力损失和节约能源。作为回应，工程师采取了多种方法来提高数据中心和电信设施中使用的电力系统的整体效率。

其中一种策略涉及使用更高电压的直流（HVDC）总线。由于若干原因，使用400V（最大）直流配电（也称为380VDC总线）已获得业界的支持。一个主要的吸引力是提高电力链的整体能效。从系统的角度来看，研究人员已经证明，与传统的AC-to-48 VDC转换相比，使用高压直流配电可以实现高出约10％的能源效率，根据Vicor白皮书“高压”直流配电是提高系统效率和可再生能源机遇的关键“。

本白皮书指出推动电力电子设计人员迈向新400的其他因素VDC拓扑。例如，与AC不同，DC不需要源同步，并且可以从诸如太阳能和风能的可再生能源获取电力。此外，它不需要相位平衡，并且谐波不是问题。此外，大多数备用能源，例如电池和飞轮，本身就是DC。最后，通过最小化功率转换阶段，以及建筑物布线，铜线和连接器，HVDC可降低总体拥有成本（TCO）。

在过去的几年里，包括劳伦斯伯克利国家实验室和英特尔实验室在内的许多研究实验室以及像Vicor这样的电源制造商都展示了使用高压的概念和节能效益数据中心和电信系统中的直流配电（参见TechZone文章“高压直流配电提高数据中心系统效率”）。去年10月，在加拿大温哥华举行的第36届国际通信能源大会（INTELEC）上，一些电源制造商超越了概念验证。他们展示了在数据中心和电信工厂（包括建筑物）中采用高压直流配电的可行性。

早期，400 VDC配电总线的采用一直是一个挑战，因为无法获得UL认证，生产 - 准备好的高压电源。在INTELEC会议上，Anderson Power Products，艾默生网络能源（现称Artesyn Embedded Technologies，IBM，Universal Electric Corp.和Vicor）等主要制造商展示了400 VDC生态系统的可行性。这些制造商与其他组件供应商一起展示了功能齐全的400 VDC配电解决方案，突出了该技术的可行性以及解决方案构建模块的可用性。

HVDC解决方案的详细信息

根据Vicor文章“显示器显示电信和数据中心应用的400 V DC的可行性增加”中的描述， 2 演示中使用的机架式电源产品表明400 VDC如何为代表不同功率级别的不同类型的负载供电。例如，艾默生整流器产生380 VDC，用于为高压照明装置，Vicor总线转换器和小型英特尔工业微型服务器等负载供电。 380 VDC还为第二个Vicor总线转换器供电，后者又为瞻博网络的电信级路由器供电（图1）。从交流整流器到负载点（POL）DC/DC转换器（包括电源连接器和保护装置）的所有电源组件都安装在两个机架中。讨论表明，机架式设备用于演示，类似于电信和数据中心设施中常见的设备配置。

图1：INTELEC 2014上展示的全功能400 VDC电源系统。

虽然一个机架部署了380 VDC整流器，备用电池，断路器和分配元件，但第二个机架包含计算设备，包括瞻博网络路由器，IBM服务器以及采用最新Anderson DC插头的多个电源板。图2中描绘了带有电源设备的两个机架的照片。

图2：用于演示功能性400 VDC电源系统的所有电源组件均安装在两个机架中。

用作解决方案一部分的Vicor总线转换器是BCM总线转换器，采用制造商专有的ChiP封装（图3），可作为BCM400P500T1K8A30使用。它采用400（或380 V）VDC输入，提供隔离，未调节的48 VDC输出，连续输出功率高达1750 W.它可以并联以获得更高的功率输出。为了实现百分之九十八的峰值效率和2750 W/in 3 功率密度，BCM DC/DC转换器采用制造商专有的正弦幅度转换器（SAC）拓扑结构，具有零电压/零电流切换（ZVS/ZCS）。此外，它还利用了Vicor ChiP包装技术的热量和密度优势。

图3：Vicor的高功率BCM总线转换器采用专有的ChiP封装，具有前所未有的功率密度和极高的转换效率。

因此，BCM总线电源转换器模块提供灵活的热管理选项，具有极低的顶部和底部热阻抗。根据Vicor的数据表，采用ChiP封装的BCM电源模块可在95°C的外壳温度下提供全功率运行，并且在使用双面冷却时不会降额。此外，根据Vicor的解释，该架构在宽负载变化范围内保持高效率，并允许无缝，动态地使用多个源，例如整流DC线路，电池和可再生能源，因为它们可在HVDC生态系统中使用。

为了进一步降低48 VDC总线降低负载点（POL）电压以驱动IC负载（如微处理器，FPGA和ASIC），Vicor准备了一个隔离式降压转换器系列PI31xx将48 V输入转换为3.3 V或更高。例如，PI3101-00-HVIZ可以提供高达18 A的3.3 VDC输出。这些模块采用PSiP封装，将控制器，电源开关，平面磁性元件和支持组件集成在一个高密度表面贴装封装中。

总之，INTELEC 2014联合全功能高压直流配电解决方案的演示表明，在数据中心和电信设施（包括建筑和工业综合体）中部署400 VDC配电拓扑的障碍），已被克服。多个电源组件供应商现在可以很好地支持部署。