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交流開關(guān)電源的未來發(fā)展
距IT設(shè)備240V高壓直流供電標(biāo)準(zhǔn)的誕生已過三年。現(xiàn)如今，某些電信運(yùn)營(yíng)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(shè)備、IDC機(jī)房、核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)平臺(tái)采用270V(標(biāo)稱值240V，默認(rèn)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(yùn)營(yíng)商的運(yùn)行數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)，用高壓直流替代傳統(tǒng)的交流UPS供電，在UPS整個(gè)生命周期內(nèi)平均節(jié)能大于20%;從新建系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)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(jié)構(gòu)比UPS系統(tǒng)簡(jiǎn)單，而且采用了電池直掛輸出母線，在進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，還提供了一個(gè)很大的濾波池，給設(shè)備帶來更為潔凈的供電環(huán)境。簡(jiǎn)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(yùn)維沒有UPS并機(jī)所要求的“相同的幅值、頻率和相位”等需求，可直接并機(jī)擴(kuò)容，維護(hù)操作方法得到簡(jiǎn)化，倍受各大運(yùn)營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)公司和設(shè)備制造商的高度關(guān)注。真實(shí)!從實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)上看，設(shè)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(shè)備負(fù)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?fù)浜?jiǎn)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(dá)到插拔式的便利程度，可在機(jī)柜內(nèi)按需在線擴(kuò)容
4、并機(jī)擴(kuò)容無交流電源幅度、相位和頻率的同步要求，機(jī)柜擴(kuò)容簡(jiǎn)單
5、標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜設(shè)備，可以集中能源池布置，也分散到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備群中布置
6、現(xiàn)場(chǎng)更換故障電源模塊簡(jiǎn)易，一線運(yùn)維人員即可操作
但是，現(xiàn)有的服務(wù)器等IT設(shè)備多數(shù)采用交流220Vac供電，尚無IT設(shè)備廠商明確表態(tài)支持直流270Vdc輸入，這勢(shì)必會(huì)影響設(shè)備的維保服務(wù)。那么高壓直流能否可直接應(yīng)用于現(xiàn)有的服務(wù)器而不對(duì)服務(wù)器的可靠性產(chǎn)生影響呢?這是運(yùn)營(yíng)商和IDC運(yùn)營(yíng)企業(yè)關(guān)注的首要問題，也是制約高壓直流應(yīng)用的一大魔障。
為了分析這個(gè)問題，我們先來了解一下目前交流輸入服務(wù)器等IT設(shè)備電源的基本工作原理。由于IT設(shè)備都承載重要的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，因此通常都采用高標(biāo)準(zhǔn)的高頻開關(guān)電源，其主要特點(diǎn)是效率高、體積小、功率因數(shù)高、諧波小。
交流服務(wù)器電源通常采用一個(gè)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(zhuǎn)換為12V、5V和3.3V的電壓。(本文主要談?wù)?20Vac和270Vdc供電的差異，這對(duì)電源的主要影響在PFC級(jí)之前，因此不再闡述DC/DC級(jí)之后的電路結(jié)構(gòu)。)高頻開關(guān)電源PFC級(jí)之前的電路結(jié)構(gòu)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(dòng)電阻，用于防止服務(wù)器上電時(shí)輸入有較大的沖擊電流。軟啟動(dòng)結(jié)束后，通過繼電器將軟啟動(dòng)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(guān)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?fù)渲锌梢钥吹剑?wù)器采用交流還是直流供電，對(duì)服務(wù)器本身的影響都只集中在前級(jí)PFC電路上。