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交流開關電源的未來發(fā)展

閱讀:695        發(fā)布時間:2014-11-13

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。

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