在工业环境中使用1U电源时要考虑的因素

出于多种原因，通信行业已将 1U 高电源机架作为为数据中心和其他网络活动数据通信相关设备供电的标准。根据电子工业协会 (EIA) 的 EIA-310-D 标准的定义，机架安装设备的高度以“U”的倍数指定，其中 1U 定义为 44.5 毫米（1.752 英寸）。

专为在高密度环境中轻松使用而设计，机架（有时称为货架）的高度略低，以便轻松插入和移除，而不会束缚在相邻的货架上。它们在设计时还考虑了冗余架构，因此如果其中一个出现故障，可以在不影响设备运行的情况下进行更换。使用四个插入式电源，1U 机架可提供的功率为 10 至 14kW。

凭借这些优势，1U 大功率电源架似乎非常适合在工业环境中使用，但在这一领域并没有得到很大的普及。尽管它们用于一些空间有限、无污染且风扇噪音不是因素的工业环境，但 1U 高电源机架往往不太适合工业环境。

风扇噪音和寿命

冷却 2 至 3kW 1U 电源需要通过两个高速 40mm 风扇进行风扇冷却。它们发出非常高的可听噪声级，其频率对人耳来说非常烦人。由于数据中心很少有人工操作员长时间在场，因此这不是问题。对于工业用途——操作员不断监控和使用测试和测量分析仪等设备——这样的噪音水平是不可接受的。

60mm 风扇可以以较低的速度运行以产生相同的风量，因此可以显着降低风扇噪音。例如，TDK-Lambda 的多路输出 QM7 系列采用 60mm 风扇，噪音水平仅为 45.3dBA。具有 40 毫米风扇的类似产品测得 58.9dBA。（请注意，增加 10dBA 相当于感知响度的两倍。）

此外，工业环境通常含有影响风扇寿命的空气污染物。风扇旋转得越快，由于机械轴承磨损，风扇寿命缩短得越快。

气流速度越高，吸入电源的污染物（如灰尘和污垢）就越多。最终，如果污染物具有导电性，这将阻塞气流和/或因电路短路导致产品故障。同样，2U和3U大功率电源的低速风扇更适合工业环境。

冗余需求和使用

电源的冗余配置通常是数据通信设备的强制要求，因为数据中心连接或手机服务中断可能会导致严重和广泛的中断。在冗余模式下，电源主动分享它们提供的电流量，它们通常不会以 100% 的负载水平运行。

例如，在 3+1、2500W 电源配置中，最大负载为 7500W，四个电源各提供 1875W 并以 75% 的容量运行。仅当单元发生故障并等待更换时，电源才以满载水平运行。电源的这种降额降低了内部温度，尤其是电解电容器的内部温度，从而提高了电源的使用寿命。考虑到这些电源对成本非常敏感，产品设计应考虑到这些电源不会在 100% 的负载水平下长时间运行。

电源在冗余模式下的运行对于某些工业用户来说非常重要，可以最大限度地减少生产停机时间。现代工厂以准时制为基础运作，多个较小的生产单元为一条主装配线供电。如果一台机器在关键路径上发生故障，它可能会影响整个工厂。因此，机器制造商通常会在负载电流不平衡且一个单元可能处于零负载的配置中安装两个电源，例如TDK-Lambda 的工业RWS-1500B系列，尽管两个单元都可以无限期地以 100百分比负载水平。对于更高的功率要求，TDK-Lambda 的工业级 3000W、84mm 高TPS 系列具有与 1U 数据中心电源相同的均流和反向电流保护电路。

电源负载

通常，两个专用馈电充当数据中心的输入电源（用于冗余）：也就是说，开关设备用作防止交流 (AC) 线路瞬变的保护，不间断电源用作备用。当大型相邻电感设备打开和关闭时，工业设备会产生输入瞬变。数据通信设备电源负载通常定义明确且相对静态，几乎没有剧烈的负载变化。工业电源可以驱动感应直流 (DC) 电机、继电器和电容性负载，所有这些都会给电源带来压力。

工业电源设计必须能够承受较大的重复输入和输出浪涌。印刷电路板 (PCB) 上的走线具有额外的隔离间隙空间以适应更高的电压，并且输入滤波器更大以承受更高的电压瞬变。输出上的零到 100%、脉冲、电容和电感负载通常会在短时间内超过电源的输出电流率，电源的过流保护电路是唯一的限制。为了处理这些大的峰值电流，半导体和电解电容器必须获得并联额定值。这涉及使用更大、更高的组件，这些组件仅位于高于 1U 的电源内。

产品可用性

通信行业的技术在不断发展，这一趋势包括 1U 高电源架构。数据通信系统最初需要 48V 输出电源，但后来迁移到 12V 以驱动非隔离式 DC/DC 转换器。现在数据中心使用高压 380VDC 输出运行。这些中心消耗的大量电力需要通过对电源架构（包括输出电压和尺寸）进行重大更改来提高效率。然而，由于这些产品的大批量生产，此类调整可能会导致电源过早淘汰。

包括电源在内的工业设备必须使用 10 年或更长时间。当备用电源不可用时必须重新设计系统会导致长时间停机。与为数据中心开发的大容量 1U 大功率电源不同，工业电源通常在生产时考虑到小容量、15 到 20 年的生命周期。

结论

1U大功率电源架因其体积小、使用方便、运行环境良好等特点，在数据中心得到广泛应用。然而，这些电源架不太适合工业环境。相反，包含 2U 和 3U 大功率电源的机架可以满足更低的冷却风扇要求、更长的风扇寿命和冗余，以及承受瞬态电源负载需求。同样，2U 和 3U 大功率电源（如来自TDK-Lambda的电源）符合工业产品需求，包括长生命周期、可用性和免维护操作。

审核编辑：汤梓红