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交流開關電源的未來發(fā)展
距IT設備240V高壓直流供電標準的誕生已過三年。現(xiàn)如今，某些電信運營商和一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司，已經(jīng)有數(shù)目可觀的IT設備、IDC機房、核心網(wǎng)絡和業(yè)務平臺采用270V(標稱值240V，默認值270V)高壓直流供電。高壓直流供電都有哪些好處呢?
節(jié)能!依據(jù)電信運營商的運行數(shù)據(jù)結果統(tǒng)計，用高壓直流替代傳統(tǒng)的交流UPS供電，在UPS整個生命周期內平均節(jié)能大于20%;從新建系統(tǒng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，高壓直流系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的交流UPS系統(tǒng)，平均節(jié)約投資大于40%。可靠!由于高壓直流系統(tǒng)結構比UPS系統(tǒng)簡單，而且采用了電池直掛輸出母線，在進一步提高系統(tǒng)可靠性的同時，還提供了一個很大的濾波池，給設備帶來更為潔凈的供電環(huán)境。簡單!從“通信電源系統(tǒng)”和“電力操作電源系統(tǒng)”衍生出來的模塊化高壓直流系統(tǒng)，其運維沒有UPS并機所要求的“相同的幅值、頻率和相位”等需求，可直接并機擴容，維護操作方法得到簡化，倍受各大運營商、互聯(lián)網(wǎng)公司和設備制造商的高度關注。真實!從實際運行數(shù)據(jù)上看，設備可靠性大有提升，故障率減少了一半。
高壓直流帶來的具體好處：
1、設備負載率高，加上節(jié)能休眠管理，大大提高系統(tǒng)整體效率
2、拓撲簡單，電池直接掛母排上，且電源模塊N+1冗余，可靠性高
3、電源模塊達到插拔式的便利程度，可在機柜內按需在線擴容
4、并機擴容無交流電源幅度、相位和頻率的同步要求，機柜擴容簡單
5、標準機柜設備，可以集中能源池布置，也分散到網(wǎng)絡設備群中布置
6、現(xiàn)場更換故障電源模塊簡易，一線運維人員即可操作
但是，現(xiàn)有的服務器等IT設備多數(shù)采用交流220Vac供電，尚無IT設備廠商明確表態(tài)支持直流270Vdc輸入，這勢必會影響設備的維保服務。那么高壓直流能否可直接應用于現(xiàn)有的服務器而不對服務器的可靠性產(chǎn)生影響呢?這是運營商和IDC運營企業(yè)關注的首要問題，也是制約高壓直流應用的一大魔障。
為了分析這個問題，我們先來了解一下目前交流輸入服務器等IT設備電源的基本工作原理。由于IT設備都承載重要的數(shù)據(jù)通信業(yè)務，因此通常都采用高標準的高頻開關電源，其主要特點是效率高、體積小、功率因數(shù)高、諧波小。
交流服務器電源通常采用一個PFC電路將交流經(jīng)過整流橋整流后的直流電壓升壓到400V左右的高壓，再經(jīng)DC/DC變換電路轉換為12V、5V和3.3V的電壓。(本文主要談論220Vac和270Vdc供電的差異，這對電源的主要影響在PFC級之前，因此不再闡述DC/DC級之后的電路結構。)高頻開關電源PFC級之前的電路結構如圖1所示，其中，L1、L2和 C1、C2、C3為EMI濾波電感和電容，R是軟啟動電阻，用于防止服務器上電時輸入有較大的沖擊電流。軟啟動結束后，通過繼電器將軟啟動電阻短路，減小損耗，D1~D4為整流橋，L3、S1和D5為PFC電路的電感，開關管和二極管，C4為母線電容，為后面的DC/DC電路提供所需要的直流電壓。從下面的拓撲中可以看到，服務器采用交流還是直流供電，對服務器本身的影響都只集中在前級PFC電路上。