380 VDC輸入DC/DC轉(zhuǎn)換器在負(fù)載點(diǎn)的應(yīng)用

隨著數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)功耗的不斷提高，提高能源效率成為首要考慮因素，因?yàn)闇p少電力浪費(fèi)可以節(jié)省大量資金。雖然已經(jīng)提出了許多提案來提高整體效率并大幅降低功耗，但高壓直流配電正在獲得多家機(jī)構(gòu)的支持，包括美國環(huán)保署，綠色電網(wǎng)，電力研究院（EPRI）和EMerge聯(lián)盟。因此，有幾項(xiàng)研究在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器和電信設(shè)備中頌揚(yáng)380 VDC分配的優(yōu)點(diǎn)。特別值得注意的是（1）Vicor的白皮書，它說明了為什么高壓直流配電是數(shù)據(jù)中心能耗困境的有吸引力的解決方案，以及（2）EMerge聯(lián)盟開發(fā)的380 VDC配電標(biāo)準(zhǔn)。 》為支持高壓直流配電標(biāo)準(zhǔn)，多家電源供應(yīng)商推出了寬輸入，高壓至低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，用于服務(wù)器和其他系統(tǒng)中的負(fù)載點(diǎn)（POL）應(yīng)用。其中包括Artesyn Embedded Technologies，TDK-Lambda Americas和Vicor Corp.除了滿足這些需求外，其中一些高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器還提高了效率，密度，可靠性和靈活性方面的性能標(biāo)準(zhǔn)。

高降壓轉(zhuǎn)換器

例如，Artesyn已準(zhǔn)備好用于高壓DC/DC轉(zhuǎn)換的半磚和全磚轉(zhuǎn)換器，這些轉(zhuǎn)換器適用于380 VDC分布式架構(gòu)。在全磚類產(chǎn)品中，AIF12系列提供隔離的單輸出DC/DC模塊，提供高達(dá)600 W的輸出，最大基板工作溫度為100°C，無需降額。此外，它還具有完全安全隔離的低壓二次側(cè)控制和Astec線性編程（ALP），并允許通過I2C總線調(diào)整模塊參數(shù)。該系列中的600 W型號AIF12W300N-L可處理250 V至420 V的輸入直流范圍，并在12.5 A時(shí)提供穩(wěn)定的48 VDC輸出，具有低輸出紋波和噪聲。典型效率為90％。

在半磚空間（圖1），該公司提供功能齊全的AIH系列模塊，能夠提供250 W輸出功率，同時(shí)提供監(jiān)控，保護(hù)和調(diào)整功能。作為存儲有價(jià)值的最終用戶信息時(shí)使用的通信設(shè)備。

與AIF系列一樣，AIH型號還可處理250至420 VDC的寬輸入范圍，并可提供12或24 VDC的單個隔離和穩(wěn)壓輸出。雖然12 V型號AIH20專為提供20 A輸出電流而量身定制，但24 VDC型號AIH10可提供10 A輸出電流。兩個單元都安裝在尺寸為2.40 x 2.30 x 0.50英寸（61.0 x 58.4 x 12.7 mm）的模塊中。

圖1：Artesyn的半磚AIH模型可處理寬輸入范圍250至420 VDC，提供12或24 VDC的單個隔離和穩(wěn)壓輸出。

同樣，TDK-Lambda Americas還精心設(shè)計(jì)了具有450至600 W輸出功率的隔離式全磚高壓DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊，標(biāo)稱單輸出電壓為12，24，28或48 VDC。寬輸入PAF600F280系列的最大輸出功率為600 W，輸入電壓范圍為200至400 VDC。典型的峰值效率為91％。雖然該設(shè)備的額定工作溫度高達(dá)100°C，但在100°C的基板溫度下，該模型需要降額（圖2）。

圖2： TDK-Lambda的寬輸入PAF600F280可在高達(dá)100°C的基板溫度下工作，但在100°C時(shí)需要降額。

總線轉(zhuǎn)換器模塊

同樣，Vicor開發(fā)了多種隔離的非穩(wěn)壓總線轉(zhuǎn)換器模塊，標(biāo)記為BCM?，可將380-400 VDC輸入降壓至標(biāo)準(zhǔn)48 V或12 VDC輸出。這些模塊的輸出用于為非隔離POL調(diào)節(jié)器供電。一個很好的例子是BCM384T480T325A00，38 VDC至48 VDC總線轉(zhuǎn)換器，采用基于零電壓/零電流開關(guān)（ZVS/ZCS）的正弦幅度轉(zhuǎn)換器（SAC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)高效率和高功率密度。因此，該設(shè)備實(shí)現(xiàn)固定的高頻（》 1 MHz）軟開關(guān)，效率超過96％，功率密度》 1，000 W/in.3，可提供高達(dá)325 W（平均）的輸出功率。該模塊采用制造商的VIChip?封裝，兼容標(biāo)準(zhǔn)的取放和表面貼裝組裝工藝。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表，VI Chip封裝通過其低結(jié)至外殼和結(jié)至板熱阻以及與系統(tǒng)板的低阻抗互連提供靈活的熱管理。

最近，采用功率提升在制造包裝時(shí)，制造商進(jìn)一步擴(kuò)展了高壓BCM模塊的功率處理能力，同時(shí)提高了高降壓比DC/DC轉(zhuǎn)換器的功率密度和效率。 Vicor的新型BCM采用ChiP封裝（圖3），標(biāo)稱輸入電壓為380 V，K系數(shù)為1/8，提供隔離的48 V配電母線，峰值效率為98％。新的BCM輸入范圍為260至410 VDC，支持32.5 V至51.25 VDC的輸出。

圖3：采用ChiP封裝的Vicor新BCM提高了密度和效率條。新的380 VDC VI芯片BCM BCM380y475x1K2A30采用6123 ChiP封裝，尺寸為63 x 23 mm，高度僅為7.3 mm。據(jù)制造商稱，最初作為通孔器件提供的封裝選項(xiàng)還將包括SMD變體。 ChiP BCM可以并聯(lián)以提供多kW陣列，并且能夠雙向操作以支持電池備份和可再生能源應(yīng)用。標(biāo)準(zhǔn)BCM功能包括欠壓鎖定，過流，短路和過溫保護(hù)。 ChiP BCM集成了數(shù)字遙測和控制功能，可配置以滿足客戶要求?！案邏褐绷髋潆娀A(chǔ)設(shè)施的推出正在降低數(shù)據(jù)通信和工業(yè)設(shè)施的功耗和運(yùn)營成本，”Stephen Oliver說。 ，Vicor的VI芯片產(chǎn)品線副總裁。

在需要12 VDC中間總線電壓的系統(tǒng)中，Vicor提供B384F120T30，一個采用VI芯片封裝的384 VDC至12 VDC總線轉(zhuǎn)換器（圖4），提供高電平效率（》 95％）和功率密度（1，017 W/in.3）。該模塊的額定輸出功率高達(dá)300 W，無需輸出濾波。由于其高轉(zhuǎn)換效率和安全的工作溫度范圍，根據(jù)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表，BCM在典型應(yīng)用中不需要分立散熱器。

圖4：這384 VDC到12 VDC BCM在VI芯片封裝中實(shí)現(xiàn)了1，017 W/in的功率密度，與標(biāo)準(zhǔn)的拾放和表面貼裝組裝工藝兼容。但是，如果48 V總線電壓必須進(jìn)一步降至12 VDC，Vicor的IBC系列提供必要的降壓，峰值效率接近98％，來自八分之一磚的占地面積和高達(dá)300 W的輸出功率。用于此應(yīng)用的轉(zhuǎn)換器是Vicor的IB050E120T32N1-00，這是一個IBC模塊，可從48 VDC輸入提供12 VDC輸出，能夠處理38至60 VDC的輸入電壓范圍，輸入至輸出隔離為2，250 VDC。

總之，高壓直流配電生態(tài)系統(tǒng)正在興起。隨著越來越多的系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員利用高壓直流配電的優(yōu)勢，越來越多的制造商將參與其中，使380 VDC輸入DC/DC轉(zhuǎn)換器具有成本效益和競爭力。