分布式電源架構(gòu)的AC/DC前端設(shè)計(jì)解決方案

分布式電源架構(gòu)在電信設(shè)備和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中很受歡迎，其中集成的AC/DC前端模塊是標(biāo)準(zhǔn)子系統(tǒng)，用于為跨系統(tǒng)板的各種DC/DC轉(zhuǎn)換器供電。面對(duì)持續(xù)的壓力，即在更小的空間內(nèi)提供更高的功率和更高的轉(zhuǎn)換效率（以滿足新的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)）并且具有競爭力的成本，電源制造商在設(shè)計(jì)，架構(gòu)和封裝方面取得了重大進(jìn)展。將這些進(jìn)步與半導(dǎo)體器件的改進(jìn)相結(jié)合，制造商發(fā)布了新一代通用輸入AC/DC模塊，集成功率因數(shù)校正（PFC）和輸入/輸出濾波。

這些集成的AC/DC轉(zhuǎn)換器能夠處理85至264 VAC的通用AC輸入范圍，是完整的前端模塊，無需外部組件。它們不僅提供從輕負(fù)載到滿負(fù)載的新級(jí)別的功率轉(zhuǎn)換效率 - 甚至在通用AC輸入的低端保持高效率 - 新模塊還滿足國家和國際監(jiān)管機(jī)構(gòu)施加的所有噪聲和EMI要求。

完整的AC前端解決方案

最近推出的完整AC/DC前端是Vicor的VI BRICK。它結(jié)合了架構(gòu)，拓?fù)浜透呒?jí)封裝，實(shí)現(xiàn)了完整的功率因數(shù)校正（PFC）AC/DC前端模塊，提高了功率密度，轉(zhuǎn)換效率和靈活性的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿足諧波噪聲，EMI和安全性低壓（SELV）輸出要求。 VI BRICK AC/DC前端模塊的通用交流輸入范圍為85至264 VAC，采用尺寸為3.75 x 1.91英寸（95.3 x 48.6 mm）的薄型封裝，提供完全隔離且可調(diào)節(jié)的48 VDC輸出，高度僅0.38英寸（9.55毫米）（圖1）。因此，它提供的功率轉(zhuǎn)換密度為121 W/in3（或7.5 W/cm3）或54 W/in3，可提供包括所有必要組件（包括保持電容）的完整電源。

圖1：完整的VI BRICK AC/DC前端提供54 W/in3的功率密度。

為了提供極高的功率轉(zhuǎn)換效率，AC前端模塊采用Vicor專有的雙鉗位零電壓開關(guān)（DC-ZVS）架構(gòu)和獲得專利的自適應(yīng)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（圖2）。因此，即使在85 VAC輸入且沒有降容的情況下，它也能提供92％的峰值效率，效率超過90％（圖3）。此外，根據(jù)Vicor的高級(jí)產(chǎn)品營銷經(jīng)理Joe Sullivan的說法，通過動(dòng)態(tài)配置交流線路，自適應(yīng)單元拓?fù)湓试SAC/DC轉(zhuǎn)換器在通用輸入范圍內(nèi)以相同的峰值效率運(yùn)行。 Sullivan指出，由于該模塊在整個(gè)交流輸入電壓范圍內(nèi)的效率超過90％，包括低至85 VAC的運(yùn)行，將功率損耗和冷卻要求降低了50％。

圖2：為了實(shí)現(xiàn)從滿載到輕載的高效率，AC前端模塊實(shí)現(xiàn)了Vicor專有的雙鉗位零電壓開關(guān)（DC-ZVS） ）架構(gòu)和獲得專利的自適應(yīng)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖3：Vicor的AC/DC前端模塊在265 VAC輸入時(shí)提供92％的峰值效率，即使在85 VAC輸入時(shí)也沒有降額，效率超過90％。

AC/DC模塊具有集成整流，濾波和瞬態(tài)保護(hù)功能，是一個(gè)完整的前端系統(tǒng)，符合IEC 61000-3-2諧波噪聲和B類EMI傳導(dǎo)發(fā)射限值，同時(shí)為外部輸出提供330 W功率存儲(chǔ)電容。引入EMC指令EN61000-3-2是為了限制從電子設(shè)備發(fā)送回電源的反射諧波。它適用于消耗超過75 W的所有電子系統(tǒng)。

Vicor表示，新的VI BRICK AC/DC前端模塊與各種下游DC/DC轉(zhuǎn)換器兼容，包括其高密度組合，高效VI芯片和VI BRICK轉(zhuǎn)換器。 VI BRICK AC/DC前端提供三種溫度等級(jí)：消費(fèi)類（-20°至100°C），電信（-40°至100°C）和軍用（-55°至100°C）。

其他選擇

為分布式電源提供完整的AC/DC前端的競爭變得越來越激烈，競爭對(duì)手包括艾默生網(wǎng)絡(luò)能源，GE能源的Lineage Power和TDK Lambda等等。例如，艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司為電信系統(tǒng)集成商生產(chǎn)3000 W，緊湊，高密度的AC/DC前端。標(biāo)簽為HPS3000，它在62.0 A時(shí)提供48 V穩(wěn)壓輸出功率。事實(shí)上，它在200 VAC輸入時(shí)的總輸出功率高達(dá)3，000 W，在110 VAC輸入時(shí)的額定功率為1，500 W. HPS3000具有緊湊的1U x 3U外形，在50％負(fù)載下的峰值效率為92％。它的功率密度超過41 W/in3，采用同側(cè)AC輸入和DC輸出，便于機(jī)架配置。具有熱插拔功能和N + 1冗余，最多可將4個(gè)HPS3000設(shè)備并聯(lián)運(yùn)行在1U 19英寸機(jī)架上，以提供12 kW的總輸出功率。

數(shù)字可編程且與艾默生的PMBus圖形用戶界面軟件完全兼容，AC/DC前端可以很好地防止過壓，短路和過熱情況。更重要的是，它符合EN55022-B和FCC第15部分“A”EMC傳導(dǎo)噪聲標(biāo)準(zhǔn)，包括所有適用的抗擾度標(biāo)準(zhǔn)。它還具有UL/cUL60950安全認(rèn)證，完全符合RoHS指令。同樣，GE Energy的Lineage Power提供2500 W CAR2548FP，一個(gè)AC/DC前端電源模塊，用于分布式電源，采用小型1U封裝，48 VDC輸出。與艾默生的模塊一樣，GE的CAR2548FP具有熱插拔和N + 1冗余功能，內(nèi)置遠(yuǎn)程開/關(guān)，遠(yuǎn)程感應(yīng)，有源電流分配，輸出電壓裕度，過壓，過流和過溫保護(hù)。還有一個(gè)可選的遠(yuǎn)程I2C/PMBus接口。據(jù)供應(yīng)商稱，在效率方面，GE模塊超過了80Plus金級(jí)效率標(biāo)準(zhǔn)。

最近TD公司宣布TDK-Lambda型號(hào)HFE2500-48前端電源已通過80 PLUS白金級(jí)認(rèn)證，適用于冗余，服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。 80 PLUS性能規(guī)范要求電源在20％，50％和100％的額定負(fù)載下具有80％或更高的能效，真正的功率因數(shù)為0.9或更高。

對(duì)于整體系統(tǒng)效率，包括負(fù)載點(diǎn)（POL）轉(zhuǎn)換器的效率，分布式架構(gòu)已演變?yōu)橹虚g總線架構(gòu)，其中使用中間DC/DC總線轉(zhuǎn)換器將48 VDC進(jìn)一步降低到24或12 VDC。因此，許多供應(yīng)商也提供具有12或24 VDC穩(wěn)壓輸出的AC/DC前端。這消除了中間DC/DC級(jí)并進(jìn)一步提高了系統(tǒng)效率和密度。