多年來，我們看到數(shù)據(jù)中心的使用大幅增加，以滿足不斷增長的互聯(lián)網(wǎng)流量需求，擴展移動語音/視頻/數(shù)據(jù)通信以及快速開發(fā)云計算服務。結(jié)果，功耗已成為這些中心經(jīng)濟的主要因素。除此之外，還有來自環(huán)境保護局（EPA）等監(jiān)管機構(gòu)和綠色網(wǎng)格等行業(yè)協(xié)會的巨大壓力，以減少電力損失和節(jié)約能源。作為回應，工程師采取了多種方法來提高數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)施中使用的電力系統(tǒng)的整體效率。

其中一種策略涉及使用更高電壓的直流（HVDC）總線。由于若干原因，使用400V（最大）直流配電（也稱為380VDC總線）已獲得業(yè)界的支持。一個主要的吸引力是提高電力鏈的整體能效。從系統(tǒng)的角度來看，研究人員已經(jīng)證明，與傳統(tǒng)的AC-to-48 VDC轉(zhuǎn)換相比，使用高壓直流配電可以實現(xiàn)高出約10％的能源效率，根據(jù)Vicor白皮書“高壓”直流配電是提高系統(tǒng)效率和可再生能源機遇的關(guān)鍵“。

本白皮書指出推動電力電子設(shè)計人員邁向新400的其他因素VDC拓撲。例如，與AC不同，DC不需要源同步，并且可以從諸如太陽能和風能的可再生能源獲取電力。此外，它不需要相位平衡，并且諧波不是問題。此外，大多數(shù)備用能源，例如電池和飛輪，本身就是DC。最后，通過最小化功率轉(zhuǎn)換階段，以及建筑物布線，銅線和連接器，HVDC可降低總體擁有成本（TCO）。

在過去的幾年里，包括勞倫斯伯克利國家實驗室和英特爾實驗室在內(nèi)的許多研究實驗室以及像Vicor這樣的電源制造商都展示了使用高壓的概念和節(jié)能效益數(shù)據(jù)中心和電信系統(tǒng)中的直流配電（參見TechZone文章“高壓直流配電提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)效率”）。去年10月，在加拿大溫哥華舉行的第36屆國際通信能源大會（INTELEC）上，一些電源制造商超越了概念驗證。他們展示了在數(shù)據(jù)中心和電信工廠（包括建筑物）中采用高壓直流配電的可行性。

早期，400 VDC配電總線的采用一直是一個挑戰(zhàn)，因為無法獲得UL認證，生產(chǎn) - 準備好的高壓電源。在INTELEC會議上，Anderson Power Products，艾默生網(wǎng)絡能源（現(xiàn)稱Artesyn Embedded Technologies，IBM，Universal Electric Corp.和Vicor）等主要制造商展示了400 VDC生態(tài)系統(tǒng)的可行性。這些制造商與其他組件供應商一起展示了功能齊全的400 VDC配電解決方案，突出了該技術(shù)的可行性以及解決方案構(gòu)建模塊的可用性。

HVDC解決方案的詳細信息

根據(jù)Vicor文章“顯示器顯示電信和數(shù)據(jù)中心應用的400 V DC的可行性增加”中的描述， 2 演示中使用的機架式電源產(chǎn)品表明400 VDC如何為代表不同功率級別的不同類型的負載供電。例如，艾默生整流器產(chǎn)生380 VDC，用于為高壓照明裝置，Vicor總線轉(zhuǎn)換器和小型英特爾工業(yè)微型服務器等負載供電。 380 VDC還為第二個Vicor總線轉(zhuǎn)換器供電，后者又為瞻博網(wǎng)絡的電信級路由器供電（圖1）。從交流整流器到負載點（POL）DC/DC轉(zhuǎn)換器（包括電源連接器和保護裝置）的所有電源組件都安裝在兩個機架中。討論表明，機架式設(shè)備用于演示，類似于電信和數(shù)據(jù)中心設(shè)施中常見的設(shè)備配置。

圖1：INTELEC 2014上展示的全功能400 VDC電源系統(tǒng)。

雖然一個機架部署了380 VDC整流器，備用電池，斷路器和分配元件，但第二個機架包含計算設(shè)備，包括瞻博網(wǎng)絡路由器，IBM服務器以及采用最新Anderson DC插頭的多個電源板。圖2中描繪了帶有電源設(shè)備的兩個機架的照片。

圖2：用于演示功能性400 VDC電源系統(tǒng)的所有電源組件均安裝在兩個機架中。

用作解決方案一部分的Vicor總線轉(zhuǎn)換器是BCM總線轉(zhuǎn)換器，采用制造商專有的ChiP封裝（圖3），可作為BCM400P500T1K8A30使用。它采用400（或380 V）VDC輸入，提供隔離，未調(diào)節(jié)的48 VDC輸出，連續(xù)輸出功率高達1750 W.它可以并聯(lián)以獲得更高的功率輸出。為了實現(xiàn)百分之九十八的峰值效率和2750 W/in 3 功率密度，BCM DC/DC轉(zhuǎn)換器采用制造商專有的正弦幅度轉(zhuǎn)換器（SAC）拓撲結(jié)構(gòu)，具有零電壓/零電流切換（ZVS/ZCS）。此外，它還利用了Vicor ChiP包裝技術(shù)的熱量和密度優(yōu)勢。

圖3：Vicor的高功率BCM總線轉(zhuǎn)換器采用專有的ChiP封裝，具有前所未有的功率密度和極高的轉(zhuǎn)換效率。

因此，BCM總線電源轉(zhuǎn)換器模塊提供靈活的熱管理選項，具有極低的頂部和底部熱阻抗。根據(jù)Vicor的數(shù)據(jù)表，采用ChiP封裝的BCM電源模塊可在95°C的外殼溫度下提供全功率運行，并且在使用雙面冷卻時不會降額。此外，根據(jù)Vicor的解釋，該架構(gòu)在寬負載變化范圍內(nèi)保持高效率，并允許無縫，動態(tài)地使用多個源，例如整流DC線路，電池和可再生能源，因為它們可在HVDC生態(tài)系統(tǒng)中使用。

為了進一步降低48 VDC總線降低負載點（POL）電壓以驅(qū)動IC負載（如微處理器，FPGA和ASIC），Vicor準備了一個隔離式降壓轉(zhuǎn)換器系列PI31xx將48 V輸入轉(zhuǎn)換為3.3 V或更高。例如，PI3101-00-HVIZ可以提供高達18 A的3.3 VDC輸出。這些模塊采用PSiP封裝，將控制器，電源開關(guān)，平面磁性元件和支持組件集成在一個高密度表面貼裝封裝中。

總之，INTELEC 2014聯(lián)合全功能高壓直流配電解決方案的演示表明，在數(shù)據(jù)中心和電信設(shè)施（包括建筑和工業(yè)綜合體）中部署400 VDC配電拓撲的障礙），已被克服。多個電源組件供應商現(xiàn)在可以很好地支持部署。