高壓直流配電場(chǎng)合中電信設(shè)備供電設(shè)計(jì)方案分享，原理圖、PCB、數(shù)據(jù)手冊(cè)等

前言：
電信或數(shù)據(jù)中心巨大的耗電量已迫使業(yè)界需要實(shí)行高壓直流配電來(lái)改善效率，捉高運(yùn)作效益。本文要說(shuō)明的是目前已有效率高達(dá)98％，功率達(dá)1.8 kW而體積只約61x23x7.3mm (見圖1) 的高壓隔離母線轉(zhuǎn)換器，極為適合高壓配電設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)用。其還可直接并聯(lián)擴(kuò)展功率到數(shù)十千瓦。所說(shuō)的母線轉(zhuǎn)換器是個(gè)開環(huán)的固定變比器件，其實(shí)就是真正的變壓器，是能夠在直流操作的變壓器，本質(zhì)上能夠雙向傳輸功率的。其使用特殊的諧振零電壓零電流開關(guān)方式，名為正弦振幅轉(zhuǎn)換（SAC），效率極高，噪聲低，在高壓配電應(yīng)用場(chǎng)合是最適合不過(guò)了。
正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC）
我們知道諧振式軟開關(guān)，對(duì)比于硬開關(guān)可大大降低開關(guān)損耗而提升效率，其主因是使開關(guān)管（主要是埸效管）開關(guān)在零電流或零電壓狀態(tài)，其產(chǎn)生的開關(guān)電壓或電流波型就像個(gè)準(zhǔn)正弦波，諧波從而減低，噪聲因而較小。SAC轉(zhuǎn)換拓?fù)湓谶@方面初看有相似的地方，但細(xì)看不如說(shuō)它的操作是完全的截然不同。SAC是基于串聯(lián)變壓器的諧振拓?fù)洌袆e于ZVS/ZCS準(zhǔn)諧振器。SAC在固定頻率操作，該頻率等于初側(cè)端諧振電路的自然振盪頻率；在初側(cè)端的場(chǎng)效管被鎖定在此自然振盪頻率并在過(guò)零瞬間開關(guān)，消除開關(guān)功耗及大大降低高階噪聲諧波。在初側(cè)端諧振電路的電流或電壓是純正弦的，不是方波，也不是其它諧振器的準(zhǔn)正弦波，這也大大降低諧波而得出更低的輸出噪聲頻譜，見圖2。
SAC是能夠同時(shí)在零電壓及零電流開關(guān)場(chǎng)效管的，開關(guān)損耗極低而能工作在數(shù)個(gè)MHz的高頻，容許使用細(xì)小變莊器磁件，從而提升功率密度及效率。 Vicor的高壓母線轉(zhuǎn)換器 (HVBCM) 就是SAC的其中一員，具固定的數(shù)個(gè)MHz操作頻率，不依負(fù)載變化。SAC對(duì)副側(cè)負(fù)載增加的響應(yīng)是增強(qiáng)在諧振電路正弦波的振幅，也就增強(qiáng)了能量的傳遞，藕合到副邊、負(fù)載。當(dāng)負(fù)載降低，正弦幅度下降，負(fù)載為零時(shí)，其趨向零。

圖2: 正弦振幅轉(zhuǎn)換器（SAC）
HVBCM 在高壓配電電信設(shè)備的應(yīng)用方式
如是新建的電信設(shè)備，要在高壓配電的場(chǎng)所運(yùn)作，大可革命性創(chuàng)新設(shè)計(jì)，直接利用高莊直流為分布功率的源頭母線，即設(shè)備機(jī)柜的背板電壓就取自場(chǎng)所內(nèi)供應(yīng)的高壓直流電壓，機(jī)柜內(nèi)的每個(gè)單板就直接置放HVBCM，把高壓降到安全低莊如48V, 12V，再由負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器提供穩(wěn)壓多路輸出到所需負(fù)載如處理器，記憶體等，見圖3。如此的在高壓直接分布電力，完全消除了低壓分布的超大電流困難。例如一個(gè)5kW的設(shè)備在12V分布電力意味母線導(dǎo)體要導(dǎo)電417A電流，而在380V分布則只是13A。在417A電流，每1m歐阻抗就損耗174W，根本是不可克服的困難。

圖 3: 設(shè)備單板在高壓分布電力
電信設(shè)備生產(chǎn)商或會(huì)有個(gè)疑問(wèn)，電信發(fā)展已有多年歷史，設(shè)備生產(chǎn)商已有大量低壓運(yùn)作良好的單板，而且正在各場(chǎng)所良好運(yùn)作，發(fā)揮其功能。如要生產(chǎn)適合在高壓配電場(chǎng)所運(yùn)作的新設(shè)備，是否就要拋棄這些低壓?jiǎn)伟?，重新設(shè)計(jì)新的單板？是的，電信生產(chǎn)商有大量舊有但又仍然運(yùn)作且能滿足要求的單板，而同時(shí)又要快速生產(chǎn)出高壓配電適用的機(jī)柜設(shè)備，怎辦？我們會(huì)看到，使用HVBCM也能照顧到這種情況，促使快速推出新設(shè)備而又可沿用本身已證明可靠的低壓運(yùn)作單板。讓我們通過(guò)以下例子說(shuō)明。
設(shè)現(xiàn)已有大量48V輸入的良好單板，要把它們組合出高壓配電適用的設(shè)備，那么，設(shè)計(jì)的機(jī)柜當(dāng)然要有48V的背板， 讓這些單板取電。然而場(chǎng)所內(nèi)的供電源是380VDC，那么機(jī)箱的設(shè)計(jì)只需附加上安裝HVBCM的功率板，接受380V輸入，提供48V電力到背板就可，見圖4。

圖4: 設(shè)備改進(jìn)使舊有低壓?jiǎn)伟蹇稍诟咔f場(chǎng)合運(yùn)作
應(yīng)用HVBCM把380V轉(zhuǎn)到48V的電路非常簡(jiǎn)單， 見圖 5。 使用兩個(gè)HVBCM并聯(lián)已組成出48V，3600W峰功率的功率板，這些功率板還能直接并聯(lián)，擴(kuò)大傳送到48V背板的電力，如此就建構(gòu)出高壓配電場(chǎng)合適用的大功率設(shè)備。

圖5: HVBCM并聯(lián)典型應(yīng)用圖
注意：附件原理圖以及PCB僅供參考，不可用作商業(yè)用途！