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高压直流电源在IDC机房环境的工作原理及应用初探[权威资料].doc
高压直流电源在IDC机房环境的工作原理及应用初探
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【摘 要】介绍了IDC机房现有的供电结构并详细叙述了高压直流电源的供电原理和336V电压选取的依据,同时对高压电源在国内外的应用情况进行了介绍。
【关键词】高压直流电源 供电结构 336V电压 国内外应用
TM922.0 B 1006-1010(2014)-13-0080-07
1 引言
随着我国通信行业的高速发展,互联网的大规模普及与运用,网络视听、电子商务、电子信息等依托基础网络的业务不断拓展。数据业务的快速增长,使其市场业务份额大幅提高,通信局站的UPS使用量大增,系统的可靠性和维护的简便性越来越受到关注,而UPS在这2方面均存在很多问题。尽管双总线UPS供电系统增加了UPS供电的可靠性,但其加大了机房使用面积,增加了设备投资,也加大了能源浪费。336V直流供电系统的系统效率和可靠性均要高于UPS供电系统,这一点已经得到了业内人士的公认。
2 高压直流电源(HVDC)概述
(1)定义:高压是相对通信电源常用的48V来说的“高压”,电压范围在200~400V。
(2)其发展历程如图1所示:
(3)高压直流提出的技术背景
◆UPS存在的问题
交流UPS供电模式在通信系统中存在的安全性、经济性等方面的问题越来越凸显,主要体现在能耗高,可靠性低,维护、扩容难度大,建设成本高等方面;
◆高频开关电源技术普及,生产成本已经低于变压器电源;
◆转型业务、数据通信、各种增值业务平台在电信运营商业务中的比重日趋增大,安全和节能方面的需求对电源保障提出了更高的要求。
3 高压直流供电的技术基础
3.1 IT设备电源模块工作原理
IDC机房设备以服务器为主,现在生产的每一台服务器自身都有2个以上的电源模块,模块之间是主备用关系。正常工作时2个电源模块负载均担,当一只模块出现故障或进行检修时,另一只模块承担全部负荷。IT设备内部电源是一个可靠性很高的独立模块,每一只电源模块的基本工作原理如图2所示,对于功能强、使用在重要场合的服务器或小型机,均配置2个或2个以上的模块并联运行。
图2 IT设备电源模块工作原理示意图
由图2和图3可以看出,虽然IT设备输入的是交流电源,但核心部分还是DC/DC变换电路,因此只要输入一个范围合适的直流电压给DC/DC变换电路,就同样能满足IT设备安全工作的要求。图中因为输入端没有工频变压器,所以输入直流不会产生短路阻抗,就没有必要非得交流输入。如果输入的直流合理配上蓄电池,辅以远程监控,构成一个可靠的直流供电系统,就可取代交流供电系统。
3.2 现有IT设备的配电结构
目前IDC机房针对IT设备的配电系统有3种结构:交流配电、机架直流配电、设备直流配电。首先对配电系统里的几个结构单元进行介绍。
PDU(Power Distribution Unit):电源分配单元,具有电源分配和管理功能。电源分配是指电流及电压和接口的分配;电源管理是指开关控制(包括远程控制)、电路中的各种参数监视、线路切换、承载的限制、电源插口匹配安装、线缆的整理、空间的管理、电涌防护和极性检测。
PSU(Power Supply Unit):驱动电源,是计算机中的一个组件,负责将交流电转成稳定的12V、5V及3.3V直流电,是供计算机内其它组件使用的电源。服务器内部基础工作电压均为12V直流,不受服务器电源外部输入电压的影响,最后都统一转换成12V直流供电。
VRM(Voltage Regulator Module):电压调节模块,其主要是通过对主板上直流/直流(简称DC/DC)转换电路的控制来为CPU提供稳定的工作电压,同时也对电脑启动时电压的变化情况和时序作出明确的要求。根据VRM标准制定的电源电路能够满足不同CPU的要求,降低人工干预的复杂性,简化了稳压电路的电压控制设计。
AC/DC是交流输入,直流输出。DC/DC是直流输入,直流输出。
(1)交流配电结构
图4的方案为交流UPS系统所采取的供电结构,380V的三相交流电压经过UPS电源(其内部结构为1个AC/DC转换模块和1个DC/AC转换模块,先做1次交流变直流变换,再做1次直流变交流变换),输出为380V/220V的交流电压,通过PDU变压器后变成220V的交流电。在PSU中,交流220V先通过1个AC/DC转换模块变换为直流380V,再由隔离的DC/DC变压器降为典型的直流12V以供电源使用
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