【導(dǎo)讀】目前爆發(fā)性增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)中心對(duì)低功耗的需求日益突出，帶動(dòng)了分布式電源設(shè)計(jì)架構(gòu)的新需求趨勢(shì)，即中間電壓從傳統(tǒng)48Vdc變?yōu)?80Vdc，而這一設(shè)計(jì)新趨勢(shì)也推動(dòng)了對(duì)新的過(guò)壓過(guò)流保護(hù)器件的需求。

碎片化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場(chǎng)必然伴隨著云計(jì)算服務(wù)，因?yàn)楹芏嘟K端應(yīng)用有低功耗和低成本要求，而且往往不需要很強(qiáng)的計(jì)算能力和很大的本地存儲(chǔ)容量。云計(jì)算的概念就是集合分散在全球的服務(wù)器計(jì)算和存儲(chǔ)資源為全球各地用戶提供可定制的實(shí)時(shí)計(jì)算和存儲(chǔ)需要。

目前迅猛增長(zhǎng)的云計(jì)算服務(wù)已經(jīng)催生了越來(lái)愈多的刀片式服務(wù)器的需求，而且它們必須具備更強(qiáng)的計(jì)算能力和更高的能效。刀片式服務(wù)器是數(shù)據(jù)中心用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的骨干設(shè)備，一個(gè)數(shù)據(jù)中心往往由幾百甚至幾千個(gè)刀片服務(wù)器構(gòu)成。

隨著越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備需要把數(shù)據(jù)送到云端進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)目前呈現(xiàn)爆發(fā)性增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在當(dāng)前節(jié)能大環(huán)境下，如何把耗能大戶數(shù)據(jù)中心的能耗降下來(lái)是目前業(yè)界普遍在重點(diǎn)努力的一個(gè)課題，其中關(guān)鍵的是如何進(jìn)一步提高AC轉(zhuǎn)DC電源轉(zhuǎn)換效率。

AC轉(zhuǎn)DC效率越高，產(chǎn)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(gè)方面大幅降低了功耗，因?yàn)樯嵯到y(tǒng)在數(shù)據(jù)中心里面也是一個(gè)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(wú)論從哪方面看，提高數(shù)據(jù)中心AC轉(zhuǎn)DC電源效率都是重中之重，因此近年來(lái)業(yè)界提出了好幾種不同的分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)來(lái)解決這一問(wèn)題。

今天數(shù)據(jù)中心廣泛采用的典型分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)是：電網(wǎng)過(guò)來(lái)的13.2KVac通過(guò)第一級(jí)變壓器轉(zhuǎn)換成3相480Vac，然后再通過(guò)UPS中的AC-DC和DC-AC、以及一個(gè)電源分配單元（PDU）轉(zhuǎn)換成208或120Vac（針對(duì)不同國(guó)家或地區(qū)），這一中間總線電壓然后再通過(guò)服務(wù)器機(jī)柜里電源轉(zhuǎn)換單元（PSU）中的AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換成12Vdc輸出，該12Vdc即可用來(lái)直接驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇散熱，也可以通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器變成3.3Vdc驅(qū)動(dòng)計(jì)算板上處理器或其它電子元件。這種電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)整體效率在50-60%。

圖1：今天數(shù)據(jù)中心廣泛采用的典型分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)

另外一種在電信系統(tǒng)中廣泛采用的分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)是：3相480Vac直接通過(guò)PDU的AC-DC轉(zhuǎn)換成48Vdc，然后再通過(guò)PSU的DC-DC轉(zhuǎn)換成12Vdc和5Vdc輸出，12Vdc用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，5Vdc再通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器變成3.3V驅(qū)動(dòng)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(zhuǎn)換架構(gòu)

目前市場(chǎng)上比較流行的一種全新的分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)是，3相480Vac直接通過(guò)UPS中的AC-DC和PDU轉(zhuǎn)換成380Vdc，380Vdc再通過(guò)HVDC總線送到計(jì)算系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等的輸入端，然后再通過(guò)各個(gè)分系統(tǒng)PSU中的DC-DC轉(zhuǎn)換成12Vdc或其它輸出，12Vdc既用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，也可再通過(guò)DC-DC轉(zhuǎn)換器變成3.3V或1.8V驅(qū)動(dòng)處理器或其它電子元件。

圖3：目前市場(chǎng)上比較流行的一種全新的分布式電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)

通過(guò)大幅提高中間直流電壓，即從當(dāng)前電信電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)傳統(tǒng)的48Vdc提高到380Vdc，不僅大幅提高了AC轉(zhuǎn)DC電源轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)了大幅度的功耗降低。

目前支持這一全新數(shù)據(jù)中心電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)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(fēng)扇的整體電源轉(zhuǎn)換效率來(lái)看，傳統(tǒng)方案只能達(dá)到48%，第二種48Vdc中間電壓方案可以達(dá)到72%，第三種方案可以達(dá)到最高的76%。

圖4：三種數(shù)據(jù)中心電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)的效率對(duì)比

力特（Littelfuse）高級(jí)應(yīng)用技術(shù)工程師李曉輝（Steven Li）說(shuō)：“數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)近些年一直在快速增長(zhǎng)，可以講是爆發(fā)式的增長(zhǎng)。不管是響應(yīng)政府節(jié)能呼求，還是為了降低運(yùn)營(yíng)成本和提高系統(tǒng)可靠性，380Vdc中間電壓電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)正在形成一個(gè)新的設(shè)計(jì)大趨勢(shì)。當(dāng)然，它同時(shí)也催生了針對(duì)380Vdc的過(guò)流保護(hù)器件需求?！?/p>

380Vdc至少有5大明顯的好處，1）轉(zhuǎn)換次數(shù)少了，系統(tǒng)可靠性可以提升；2）更少的電源轉(zhuǎn)換次數(shù)，更高的轉(zhuǎn)換效率，可以降低對(duì)冷卻散熱系統(tǒng)的要求；3）設(shè)備成本更低了，因?yàn)楦叩碾妷汉透偷碾娏骺梢圆捎酶?xì)的銅錢(qián)，而且不再需要AC功率因數(shù)校正或諧波補(bǔ)償；4）更容易和太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)集成；5）更容易與電動(dòng)車(chē)的能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)集成。

李曉輝指出：“380Vdc中間總線電壓電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)最終將從數(shù)據(jù)中心擴(kuò)展到辦公樓和家庭。未來(lái)，從電網(wǎng)過(guò)來(lái)的13.8KVac交流電壓將通過(guò)IUT（智能通用變壓器）轉(zhuǎn)換成380Vdc，再通過(guò)一個(gè)消費(fèi)者入口連接到太陽(yáng)能屋頂面板、家庭娛樂(lè)系統(tǒng)、家用辦公系統(tǒng)、針對(duì)便攜式設(shè)備的感性充電板、垃圾門(mén)開(kāi)啟裝置、混合動(dòng)力汽車(chē)、家庭能量?jī)?chǔ)存站、逆變器驅(qū)動(dòng)HVAC單元、以及逆變器驅(qū)動(dòng)家用洗衣機(jī)組?！?/p>

圖5：380Vdc中間電源架構(gòu)的最終目標(biāo)應(yīng)用市場(chǎng)

數(shù)據(jù)中心里的任何設(shè)備必須保證在閃電雷擊天氣正常工作，這就需要對(duì)雷擊浪涌做過(guò)壓過(guò)流保護(hù)。因?yàn)橥ǔ?lái)說(shuō)雷擊不單單只是過(guò)壓，它還有一個(gè)能量。如果雷擊的能量過(guò)大，就有可能把TVS、MOV或GDT這些過(guò)壓保護(hù)器件打壞。由于這些過(guò)壓保護(hù)器件的失效模式有可能是短路，因此這種短路會(huì)對(duì)后面的服務(wù)器等設(shè)備造成非常危險(xiǎn)的傷害，這就要求數(shù)據(jù)中心設(shè)備必須做過(guò)流保護(hù)。

力特今天已經(jīng)有了針對(duì)400Vdc耐壓的477系列保險(xiǎn)絲（0.5-16A）、450Vdc耐壓的808系列（2-5A）和977系列保險(xiǎn)絲（0.5-16A）、以及500Vdc耐壓的505系列保險(xiǎn)絲（10-30A），但這些保險(xiǎn)絲針對(duì)380Vdc這一新興的應(yīng)用來(lái)說(shuō)性價(jià)比并不是最高的。

李曉輝說(shuō)：“為了幫助客戶進(jìn)一步提高新興的380Vdc應(yīng)用過(guò)流保護(hù)方案性價(jià)比，力特特別開(kāi)發(fā)了耐壓420Vdc或420Vac的487系列快斷型保險(xiǎn)絲。考慮到電網(wǎng)通常由15-20%的波動(dòng)，400Vdc耐壓的477系列保險(xiǎn)絲還是存在一定危險(xiǎn)性，而420Vdc耐壓的487系列保險(xiǎn)絲足可抵抗20%的電網(wǎng)波動(dòng)。當(dāng)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(xiǎn)絲，但977系列是慢斷型保險(xiǎn)絲，對(duì)于需要快速響應(yīng)速度的直流脈沖電流沖擊來(lái)說(shuō)它可能并不是很理想的選擇?！?/p>

當(dāng)然，為了擴(kuò)大487系列保險(xiǎn)絲的應(yīng)用面，它也可以應(yīng)用在380Vac輸入端。李曉輝指出：“力特作為一個(gè)擁有90多年歷史的專業(yè)電路保護(hù)器件供應(yīng)商，我們有能力根據(jù)市場(chǎng)最新的設(shè)計(jì)趨勢(shì)為客戶提供最優(yōu)的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)方案?！?/p>

最后，值得一提的是，今天的力特也在與時(shí)俱進(jìn)，它不再僅僅滿足于做一家專業(yè)的過(guò)流過(guò)壓保護(hù)器件供應(yīng)商，它同時(shí)還在嘗試向感應(yīng)和功率控制領(lǐng)域進(jìn)軍。