INTELEC展示高压直流配电的可行性

多年来，我们已经看到，在使用数据中心，以满足不断上升的互联网流量，扩大移动语音/视频/数据通信，以及迅速发展的云计算服务的需求显着增长。其结果，功率消耗已经成为在这些中心的经济学的一个主要因素。添加到组合是巨大的压力，降低功率损耗，节省能源，这是监管机构，如环境保护署(EPA)和行业协会，如绿色网格的到来。作为响应，工程师已采取几种方法来提高在数据中心和电信设备使用的功率系统的整体效率。

一这些策略包括使用较高电压直流(HVDC)总线。采用400 V(最大值)直流配电(也被称为380 VDC总线)，已获得支持，在业界有以下几个原因。一大亮点是改善功率链的整体能效。从系统的观点出发，研究已经表明，高约10%的能量效率可以通过使用高压直流配电相比于传统的AC到48伏直流转换来实现，根据一怀格白皮书“高压直流配电的关键是提高系统的效率和可再生能源的机遇“.1

该白皮书指出，还有其他一些因素推动电力电子设计师走向新400 VDC拓扑。例如，与交流，直流不需要源同步，并且可以从可再生能源如太阳能和风能汲取电力。此外，它不需要相位均衡和谐波不成问题。此外，大多数的后备能量源，如电池和飞轮，本质上是直流。最后，通过降低电源转换阶段，随着建筑物布线，铜和连接器，直流提供所有权(TCO)更低的总成本。

在过去的几年里，一些研究实验室，包括劳伦斯伯克利国家实验室和英特尔实验室，以及电源制造商，如Vicor公司已经证实的概念和使用高压直流配电数据中心的能效优势和电信系统(见技术专区的文章“高压直流配电改善数据中心系统效率”)。在第36届国际通讯能源会议(INTELEC)在加拿大温哥华去年十月，一些电源厂商超越了概念验证。他们证明了采用在数据中心和电信设备，包括建筑物直流配电的生存能力。

此前，采用400伏直流配电母线已经因为UL认证，生产就绪的高电压电源的可用性的挑战。在INTELEC会议，重点厂家像安德森电源产品，艾默生网络能源，现在叫腾讯嵌入式技术，IBM，通用电气公司和Vicor公司展示了一款400 VDC生态系统的可行性。这些制造商，以及其他零部件供应商，显示一个全功能的400伏配电解决方案，突出技术的可行性以及其构建块解决方案的可用性。

高压直流输电解决方案的详细信息

按照Vicor的文章中的描述“显示表明增加的400-V D​​C活力的电信和数据中心应用”，在演示中使用2机架式电源产品说明400 VDC如何能供电不同类型的负载代表不同的电源水平。例如，一个艾默生整流器产生380伏，这是用来功率负载如高压照明单元，怀格总线转换器，和一个小英特尔工业微服务器。 380 VDC还喂了第二Vicor的母线转换器，依次从喂养瞻博网络的电信级路由器(图1)。所有从交流整流器起始于点的负载(POL)直流/直流转换器，包括电源连接器和保护设备的电源部件，被安置在两个机架。讨论建议，机架式设备被用于演示，以模拟设备的配置通常出现在电信和数据中心设施。

全功能的400伏直流电源系统的图像

图1：在展示2014年INTELEC一个功能齐全的400伏电源系统。

虽然一个机架部署了380 VDC整流器，电池备份，断路器和分配元素，第二架包含的电脑设备，包括Juniper路由器，IBM服务器，并结合最新的安德森DC插头多个电源条。两个机架供电设备的照片如图2所示。

功率器件的图像用于演示功能400 VDC电源系统

图2：所有用于演示的功能400伏直流电源系统的电源组件被安置在两个机架。

作为解决方案的一部分Vicor的母线转换器是BCM母线转换器安置在制造商专有的芯片封装(图3)，可作为BCM400P500T1K8A30。它采用400(或380 V)直流电压输入范围内提供一个孤立的，不受监管的48伏直流输出可达1750 W(连续)输出功率。它可以并联更高的功率输出。实现与2750瓦/ in3的功率密度98%的峰值效率时，BCM的DC / DC转换器使用的制造商的专有正弦振幅转换器(SAC)拓扑与零电压/零电流开关(ZVS / ZCS)。此外，它利用Vicor的芯片封装技术的热性能和密度优势。

Vicor的高功率BCM母线转换器的图像

图3：Vicor的高功率BCM总线转换器采用专有的芯片封装，提供了非常高的转换效率前所未有的功率密度。

其结果是，在BCM-总线电源转换器模块提供非常低的顶部和底部侧热阻抗灵活的热管理方案。根据Vicor的数据表，在芯片封装的BCM电源模块提供全功率运行，在95°C的温度没有降额时双面冷却使用。此外，每Vicor的解释，该结构保持高效率跨宽负载变化和允许无缝，动态使用多个来源，如整流后的直流线路，电池和可再生能源，因为他们成为在高压直流输电的生态系统提供。

为了进一步降压的48 VDC总线较低点的负载(POL)电压驱动IC负载，如微处理器，FPGA和ASIC，Vicor公司已准备指定PI31xx一个孤立的降压转换器系列转换48 V输入下来3.3 V或更高。例如，PI3101-00-HVIZ可提供高达18 A.位于一栋PSIP封装3.3 VDC输出，这些模块集成控制器，电源开关，平面磁性元件，并支持元件在一个高密度的表面贴装封装。

总之，联合INTELEC 2014年示范的功能齐全的高压直流配电解决方案表明，障碍在数据中心和电信设施(包括建筑物和工业园区)400 VDC配电拓扑的部署，已被克服。现在部署好是由多个功率组件供应商的支持。