在工業(yè)環(huán)境中使用1U電源時要考慮的因素

出于多種原因，通信行業(yè)已將 1U 高電源機(jī)架作為為數(shù)據(jù)中心和其他網(wǎng)絡(luò)活動數(shù)據(jù)通信相關(guān)設(shè)備供電的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)電子工業(yè)協(xié)會 (EIA) 的 EIA-310-D 標(biāo)準(zhǔn)的定義，機(jī)架安裝設(shè)備的高度以“U”的倍數(shù)指定，其中 1U 定義為 44.5 毫米（1.752 英寸）。

專為在高密度環(huán)境中輕松使用而設(shè)計，機(jī)架（有時稱為貨架）的高度略低，以便輕松插入和移除，而不會束縛在相鄰的貨架上。它們在設(shè)計時還考慮了冗余架構(gòu)，因此如果其中一個出現(xiàn)故障，可以在不影響設(shè)備運行的情況下進(jìn)行更換。使用四個插入式電源，1U 機(jī)架可提供的功率為 10 至 14kW。

憑借這些優(yōu)勢，1U 大功率電源架似乎非常適合在工業(yè)環(huán)境中使用，但在這一領(lǐng)域并沒有得到很大的普及。盡管它們用于一些空間有限、無污染且風(fēng)扇噪音不是因素的工業(yè)環(huán)境，但 1U 高電源機(jī)架往往不太適合工業(yè)環(huán)境。

風(fēng)扇噪音和壽命

冷卻 2 至 3kW 1U 電源需要通過兩個高速 40mm 風(fēng)扇進(jìn)行風(fēng)扇冷卻。它們發(fā)出非常高的可聽噪聲級，其頻率對人耳來說非常煩人。由于數(shù)據(jù)中心很少有人工操作員長時間在場，因此這不是問題。對于工業(yè)用途——操作員不斷監(jiān)控和使用測試和測量分析儀等設(shè)備——這樣的噪音水平是不可接受的。

60mm 風(fēng)扇可以以較低的速度運行以產(chǎn)生相同的風(fēng)量，因此可以顯著降低風(fēng)扇噪音。例如，TDK-Lambda 的多路輸出 QM7 系列采用 60mm 風(fēng)扇，噪音水平僅為 45.3dBA。具有 40 毫米風(fēng)扇的類似產(chǎn)品測得 58.9dBA。（請注意，增加 10dBA 相當(dāng)于感知響度的兩倍。）

此外，工業(yè)環(huán)境通常含有影響風(fēng)扇壽命的空氣污染物。風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)得越快，由于機(jī)械軸承磨損，風(fēng)扇壽命縮短得越快。

氣流速度越高，吸入電源的污染物（如灰塵和污垢）就越多。最終，如果污染物具有導(dǎo)電性，這將阻塞氣流和/或因電路短路導(dǎo)致產(chǎn)品故障。同樣，2U和3U大功率電源的低速風(fēng)扇更適合工業(yè)環(huán)境。

冗余需求和使用

電源的冗余配置通常是數(shù)據(jù)通信設(shè)備的強(qiáng)制要求，因為數(shù)據(jù)中心連接或手機(jī)服務(wù)中斷可能會導(dǎo)致嚴(yán)重和廣泛的中斷。在冗余模式下，電源主動分享它們提供的電流量，它們通常不會以 100% 的負(fù)載水平運行。

例如，在 3+1、2500W 電源配置中，最大負(fù)載為 7500W，四個電源各提供 1875W 并以 75% 的容量運行。僅當(dāng)單元發(fā)生故障并等待更換時，電源才以滿載水平運行。電源的這種降額降低了內(nèi)部溫度，尤其是電解電容器的內(nèi)部溫度，從而提高了電源的使用壽命?？紤]到這些電源對成本非常敏感，產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)考慮到這些電源不會在 100% 的負(fù)載水平下長時間運行。

電源在冗余模式下的運行對于某些工業(yè)用戶來說非常重要，可以最大限度地減少生產(chǎn)停機(jī)時間?，F(xiàn)代工廠以準(zhǔn)時制為基礎(chǔ)運作，多個較小的生產(chǎn)單元為一條主裝配線供電。如果一臺機(jī)器在關(guān)鍵路徑上發(fā)生故障，它可能會影響整個工廠。因此，機(jī)器制造商通常會在負(fù)載電流不平衡且一個單元可能處于零負(fù)載的配置中安裝兩個電源，例如TDK-Lambda 的工業(yè)RWS-1500B系列，盡管兩個單元都可以無限期地以 100百分比負(fù)載水平。對于更高的功率要求，TDK-Lambda 的工業(yè)級 3000W、84mm 高TPS 系列具有與 1U 數(shù)據(jù)中心電源相同的均流和反向電流保護(hù)電路。

電源負(fù)載

通常，兩個專用饋電充當(dāng)數(shù)據(jù)中心的輸入電源（用于冗余）：也就是說，開關(guān)設(shè)備用作防止交流 (AC) 線路瞬變的保護(hù)，不間斷電源用作備用。當(dāng)大型相鄰電感設(shè)備打開和關(guān)閉時，工業(yè)設(shè)備會產(chǎn)生輸入瞬變。數(shù)據(jù)通信設(shè)備電源負(fù)載通常定義明確且相對靜態(tài)，幾乎沒有劇烈的負(fù)載變化。工業(yè)電源可以驅(qū)動感應(yīng)直流 (DC) 電機(jī)、繼電器和電容性負(fù)載，所有這些都會給電源帶來壓力。

工業(yè)電源設(shè)計必須能夠承受較大的重復(fù)輸入和輸出浪涌。印刷電路板 (PCB) 上的走線具有額外的隔離間隙空間以適應(yīng)更高的電壓，并且輸入濾波器更大以承受更高的電壓瞬變。輸出上的零到 100%、脈沖、電容和電感負(fù)載通常會在短時間內(nèi)超過電源的輸出電流率，電源的過流保護(hù)電路是唯一的限制。為了處理這些大的峰值電流，半導(dǎo)體和電解電容器必須獲得并聯(lián)額定值。這涉及使用更大、更高的組件，這些組件僅位于高于 1U 的電源內(nèi)。

產(chǎn)品可用性

通信行業(yè)的技術(shù)在不斷發(fā)展，這一趨勢包括 1U 高電源架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最初需要 48V 輸出電源，但后來遷移到 12V 以驅(qū)動非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在數(shù)據(jù)中心使用高壓 380VDC 輸出運行。這些中心消耗的大量電力需要通過對電源架構(gòu)（包括輸出電壓和尺寸）進(jìn)行重大更改來提高效率。然而，由于這些產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，此類調(diào)整可能會導(dǎo)致電源過早淘汰。

包括電源在內(nèi)的工業(yè)設(shè)備必須使用 10 年或更長時間。當(dāng)備用電源不可用時必須重新設(shè)計系統(tǒng)會導(dǎo)致長時間停機(jī)。與為數(shù)據(jù)中心開發(fā)的大容量 1U 大功率電源不同，工業(yè)電源通常在生產(chǎn)時考慮到小容量、15 到 20 年的生命周期。

結(jié)論

1U大功率電源架因其體積小、使用方便、運行環(huán)境良好等特點，在數(shù)據(jù)中心得到廣泛應(yīng)用。然而，這些電源架不太適合工業(yè)環(huán)境。相反，包含 2U 和 3U 大功率電源的機(jī)架可以滿足更低的冷卻風(fēng)扇要求、更長的風(fēng)扇壽命和冗余，以及承受瞬態(tài)電源負(fù)載需求。同樣，2U 和 3U 大功率電源（如來自TDK-Lambda的電源）符合工業(yè)產(chǎn)品需求，包括長生命周期、可用性和免維護(hù)操作。

審核編輯：湯梓紅