【導讀】目前爆發(fā)性增長的數據中心對低功耗的需求日益突出，帶動了分布式電源設計架構的新需求趨勢，即中間電壓從傳統(tǒng)48Vdc變?yōu)?80Vdc，而這一設計新趨勢也推動了對新的過壓過流保護器件的需求。

碎片化物聯(lián)網應用市場必然伴隨著云計算服務，因為很多終端應用有低功耗和低成本要求，而且往往不需要很強的計算能力和很大的本地存儲容量。云計算的概念就是集合分散在全球的服務器計算和存儲資源為全球各地用戶提供可定制的實時計算和存儲需要。

目前迅猛增長的云計算服務已經催生了越來愈多的刀片式服務器的需求，而且它們必須具備更強的計算能力和更高的能效。刀片式服務器是數據中心用于數據存儲和處理的骨干設備，一個數據中心往往由幾百甚至幾千個刀片服務器構成。

隨著越來越多的物聯(lián)網終端設備需要把數據送到云端進行實時處理，數據中心市場目前呈現(xiàn)爆發(fā)性增長態(tài)勢。在當前節(jié)能大環(huán)境下，如何把耗能大戶數據中心的能耗降下來是目前業(yè)界普遍在重點努力的一個課題，其中關鍵的是如何進一步提高AC轉DC電源轉換效率。

AC轉DC效率越高，產生的熱量就越小，散熱冷卻系統(tǒng)消耗的功率就越低。這又從另外一個方面大幅降低了功耗，因為散熱系統(tǒng)在數據中心里面也是一個很大的耗能所在。順帶地，系統(tǒng)可靠性也大幅有了提升。

因此，無論從哪方面看，提高數據中心AC轉DC電源效率都是重中之重，因此近年來業(yè)界提出了好幾種不同的分布式電源轉換架構來解決這一問題。

今天數據中心廣泛采用的典型分布式電源轉換架構是：電網過來的13.2KVac通過第一級變壓器轉換成3相480Vac，然后再通過UPS中的AC-DC和DC-AC、以及一個電源分配單元（PDU）轉換成208或120Vac（針對不同國家或地區(qū)），這一中間總線電壓然后再通過服務器機柜里電源轉換單元（PSU）中的AC-DC和DC-DC轉換成12Vdc輸出，該12Vdc即可用來直接驅動風扇散熱，也可以通過DC-DC轉換器變成3.3Vdc驅動計算板上處理器或其它電子元件。這種電源轉換架構整體效率在50-60%。

圖1：今天數據中心廣泛采用的典型分布式電源轉換架構

另外一種在電信系統(tǒng)中廣泛采用的分布式電源轉換架構是：3相480Vac直接通過PDU的AC-DC轉換成48Vdc，然后再通過PSU的DC-DC轉換成12Vdc和5Vdc輸出，12Vdc用于驅動風扇，5Vdc再通過DC-DC轉換器變成3.3V驅動處理器或其它電子元件。

圖2：電信系統(tǒng)中廣泛采用的分布式電源轉換架構

目前市場上比較流行的一種全新的分布式電源轉換架構是，3相480Vac直接通過UPS中的AC-DC和PDU轉換成380Vdc，380Vdc再通過HVDC總線送到計算系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等的輸入端，然后再通過各個分系統(tǒng)PSU中的DC-DC轉換成12Vdc或其它輸出，12Vdc既用于驅動風扇，也可再通過DC-DC轉換器變成3.3V或1.8V驅動處理器或其它電子元件。

圖3：目前市場上比較流行的一種全新的分布式電源轉換架構

通過大幅提高中間直流電壓，即從當前電信電源轉換架構傳統(tǒng)的48Vdc提高到380Vdc，不僅大幅提高了AC轉DC電源轉換效率，而且也大幅降低了傳輸相同功率所需的電流，從而有效實現(xiàn)了大幅度的功耗降低。

目前支持這一全新數據中心電源轉換架構的組織有：EMerge Alliance、European Telecommunications Standards Institute（ETSI）、International Electrotechnical Commission（IEC）、NFPA70：National Electrical Code（NEC）、Electric Power Research Institute（EPRI）、Lawrence Berkeley National Lab（LBNL）。

如果從UPS+PDU+PSU+VR+風扇的整體電源轉換效率來看，傳統(tǒng)方案只能達到48%，第二種48Vdc中間電壓方案可以達到72%，第三種方案可以達到最高的76%。

圖4：三種數據中心電源轉換架構的效率對比

力特（Littelfuse）高級應用技術工程師李曉輝（Steven Li）說：“數據中心市場近些年一直在快速增長，可以講是爆發(fā)式的增長。不管是響應政府節(jié)能呼求，還是為了降低運營成本和提高系統(tǒng)可靠性，380Vdc中間電壓電源轉換架構正在形成一個新的設計大趨勢。當然，它同時也催生了針對380Vdc的過流保護器件需求。”

380Vdc至少有5大明顯的好處，1）轉換次數少了，系統(tǒng)可靠性可以提升；2）更少的電源轉換次數，更高的轉換效率，可以降低對冷卻散熱系統(tǒng)的要求；3）設備成本更低了，因為更高的電壓和更低的電流可以采用更細的銅錢，而且不再需要AC功率因數校正或諧波補償；4）更容易和太陽能發(fā)電系統(tǒng)集成；5）更容易與電動車的能量儲存系統(tǒng)集成。

李曉輝指出：“380Vdc中間總線電壓電源轉換架構最終將從數據中心擴展到辦公樓和家庭。未來，從電網過來的13.8KVac交流電壓將通過IUT（智能通用變壓器）轉換成380Vdc，再通過一個消費者入口連接到太陽能屋頂面板、家庭娛樂系統(tǒng)、家用辦公系統(tǒng)、針對便攜式設備的感性充電板、垃圾門開啟裝置、混合動力汽車、家庭能量儲存站、逆變器驅動HVAC單元、以及逆變器驅動家用洗衣機組?！?/p>

圖5：380Vdc中間電源架構的最終目標應用市場

數據中心里的任何設備必須保證在閃電雷擊天氣正常工作，這就需要對雷擊浪涌做過壓過流保護。因為通常來說雷擊不單單只是過壓，它還有一個能量。如果雷擊的能量過大，就有可能把TVS、MOV或GDT這些過壓保護器件打壞。由于這些過壓保護器件的失效模式有可能是短路，因此這種短路會對后面的服務器等設備造成非常危險的傷害，這就要求數據中心設備必須做過流保護。

力特今天已經有了針對400Vdc耐壓的477系列保險絲（0.5-16A）、450Vdc耐壓的808系列（2-5A）和977系列保險絲（0.5-16A）、以及500Vdc耐壓的505系列保險絲（10-30A），但這些保險絲針對380Vdc這一新興的應用來說性價比并不是最高的。

李曉輝說：“為了幫助客戶進一步提高新興的380Vdc應用過流保護方案性價比，力特特別開發(fā)了耐壓420Vdc或420Vac的487系列快斷型保險絲?？紤]到電網通常由15-20%的波動，400Vdc耐壓的477系列保險絲還是存在一定危險性，而420Vdc耐壓的487系列保險絲足可抵抗20%的電網波動。當然，為了更安全考慮，您可可以考慮直接選用現(xiàn)有的450Vdc耐壓的977系列保險絲，但977系列是慢斷型保險絲，對于需要快速響應速度的直流脈沖電流沖擊來說它可能并不是很理想的選擇。”

當然，為了擴大487系列保險絲的應用面，它也可以應用在380Vac輸入端。李曉輝指出：“力特作為一個擁有90多年歷史的專業(yè)電路保護器件供應商，我們有能力根據市場最新的設計趨勢為客戶提供最優(yōu)的過流過壓保護方案?！?/p>

最后，值得一提的是，今天的力特也在與時俱進，它不再僅僅滿足于做一家專業(yè)的過流過壓保護器件供應商，它同時還在嘗試向感應和功率控制領域進軍。