高压直流配电场合中电信设备供电设计方案分享，原理图、PCB、数据手册等 -电路方案

前言: 电信或数据中心巨大的耗电量已迫使业界需要实行高压直流配电来改善效率，捉高运作效益。本文要说明的是目前已有效率高达98％，功率达1.8 kW而体积只约61x23x7.3mm (见图1) 的高压隔离母线转换器，极为适合高压配电设备的设计应用。其还可直接并联扩展功率到数十千瓦。所说的母线转换器是个开环的固定变比器件，其实就是真正的变压器，是能够在直流操作的变压器，本质上能够双向传输功率的。其使用特殊的谐振零电压零电流开关方式，名为正弦振幅转换（SAC），效率极高，噪声低，在高压配电应用场合是最适合不过了。 正弦振幅转换器（SAC） 我们知道谐振式软开关，对比于硬开关可大大降低开关损耗而提升效率，其主因是使开关管（主要是埸效管）开关在零电流或零电压状态，其产生的开关电压或电流波型就像个准正弦波，谐波从而减低，噪声因而较小。SAC转换拓扑在这方面初看有相似的地方，但细看不如说它的操作是完全的截然不同。SAC是基于串联变压器的谐振拓扑，有别于ZVS/ZCS准谐振器。SAC在固定频率操作，该频率等于初侧端谐振电路的自然振盪频率；在初侧端的场效管被锁定在此自然振盪频率并在过零瞬间开关，消除开关功耗及大大降低高阶噪声谐波。在初侧端谐振电路的电流或电压是纯正弦的，不是方波，也不是其它谐振器的准正弦波，这也大大降低谐波而得出更低的输出噪声频谱，见图2。 SAC是能够同时在零电压及零电流开关场效管的，开关损耗极低而能工作在数个MHz的高频，容许使用细小变庄器磁件，从而提升功率密度及效率。 Vicor的高压母线转换器 (HVBCM) 就是SAC的其中一员，具固定的数个MHz操作频率，不依负载变化。SAC对副侧负载增加的响应是增强在谐振电路正弦波的振幅，也就增强了能量的传递，藕合到副边、负载。当负载降低，正弦幅度下降，负载为零时，其趋向零。 图2: 正弦振幅转换器（SAC） HVBCM 在高压配电电信设备的应用方式 如是新建的电信设备，要在高压配电的场所运作，大可革命性创新设计，直接利用高庄直流为分布功率的源头母线，即设备机柜的背板电压就取自场所内供应的高压直流电压，机柜内的每个单板就直接置放HVBCM，把高压降到安全低庄如48V, 12V，再由负载点转换器提供稳压多路输出到所需负载如处理器，记忆体等，见图3。如此的在高压直接分布电力，完全消除了低压分布的超大电流困难。例如一个5kW的设备在12V分布电力意味母线导体要导电417A电流，而在380V分布则只是13A。在417A电流，每1m欧阻抗就损耗174W，根本是不可克服的困难。 图 3: 设备单板在高压分布电力 电信设备生产商或会有个疑问，电信发展已有多年历史，设备生产商已有大量低压运作良好的单板，而且正在各场所良好运作，发挥其功能。如要生产适合在高压配电场所运作的新设备，是否就要抛弃这些低压单板，重新设计新的单板？是的，电信生产商有大量旧有但又仍然运作且能满足要求的单板，而同时又要快速生产出高压配电适用的机柜设备，怎办？我们会看到，使用HVBCM也能照顾到这种情况，促使快速推出新设备而又可沿用本身已证明可靠的低压运作单板。让我们通过以下例子说明。 设现已有大量48V输入的良好单板，要把它们组合出高压配电适用的设备，那么，设计的机柜当然要有48V的背板， 让这些单板取电。然而场所内的供电源是380VDC，那么机箱的设计只需附加上安装HVBCM的功率板，接受380V输入，提供48V电力到背板就可，见图4。 图4: 设备改进使旧有低压单板可在高庄场合运作 应用HVBCM把380V转到48V的电路非常简单， 见图 5。 使用两个HVBCM并联已组成出48V，3600W峰功率的功率板，这些功率板还能直接并联，扩大传送到48V背板的电力，如此就建构出高压配电场合适用的大功率设备。 图5: HVBCM并联典型应用图 注意:附件原理图以及PCB仅供参考，不可用作商业用途！