数据机房高压直流供电模式探讨--中国移动.docVIP

数据机房高压直流供电模式的探讨 中国移动通信集团 高健 周平 颜士军 摘要：随着信息技术的发展和数据业务的迅速扩大，电信网络正处于变革之中，电信网络的变革必然 影响到电源系统。数据通信设备要求交流电源与电信设备传统的-48V 直流电源不兼容，因而对电源设备提 出了新的要求——应达到高可靠性、高可用度和高效率的要求。如何构成这种新的电源系统？这是通信电 源系统设计有待解决的新问题。上个世纪 90 年代末以来，国内外已开始注意和研究适应数据通信设备融合 的电源系统结构，提出了一些新型实施方案。我们也在探索合理的数据机房供电系统，下文将简要分析与 探讨。 关键词：数据机房 高压直流 270V 一、 前言 今天，数据设备中使用交流电源的信息通信设备种类越来越多，而且容量越 来越大，UPS 供电系统已经广泛地应用于各通信运营商的通信局站中。 随着我国通信行业的高速发展，数据业务的快速增加，通信局站的 UPS 供电系统已经成为网络安全的重要一环，UPS 供电系统的大量应用，加剧了通信局 站的供电压力，增大了安全隐患，也加大了设备维护工作量。尽管出现了双总线 UPS 供电系统，增加了 UPS 供电的可靠性，但随之又加大了机房使用面积及增 加了设备投资，UPS 供电系统的安全运行已经越来越受业内人士的高度重视，同 时也是维护人员最为担心的重要一环。众所周知，直流供电系统的可靠性要高于 UPS 供电系统，那么我们能不能找到一种新的供电系统来取代 UPS 供电系统， 消除人们的顾虑呢。本文将对一种新型的高压直流供电系统做一些应用探讨。 自上世纪 80 年代以后，很多国家都在研究和实施 300~400V 高压直流(HV DC)供电系统。国际电信能源会议的组织者很关心这项工作，经常发布各国的论 文，如 1999 年日本代表提出《290V 直流供电系统是电信和数据高效和可靠的供 电系统》；法国电信和阿尔卡持公司相继于 1999 年提出《供电给新的电信网络 和服务用的新的供电系统》，2000 年又发表了《用于电信和数据融合的整流型 AC 供电的新方法》；2007 年发表了美国《在电信和数据中心改进能源效率的 400V 直流供电系统的评估》和瑞典《在 Gnesta 市数据中心运行一年的 9kW HV DC UPS 供电系统》等论文。 二、高压直流供电解决方案 与传统 48V 供电系统类似，高压直流供电系统是由多个并联冗余整流器和 蓄电池组成的。在正常情况下，整流器将市电交流电源变换为 270V、350V 或 420V 等直流电源，供给电信设备，同时给蓄电池充电。电信设备需要的其它电 压等级的直流电源，采用 DC/DC 变换器变换得到。市电停电时，由蓄电池放电 为电信设备供电；长时间市电停电时，由备用发电机组替代市电，提供交流输入 电源。与传统的-48V 直流电源系统的一样，蓄电池备用时间为 1～24h，典型的 蓄电池备用时间为 1～3h。 图 1 供电示意图 目前在国内通信中主要试用了 270V 电压级别的高压直流电源系统，在试用 中优点得到了较充分的体现。 1 服务器电源直流供电的可行性 1.1 ATX标准（功因低、谐波大、效率低） ATX标准是Intel在1997年推出的一个规范，输出功率一般在125瓦～350瓦之 间。ATX电源通常采用20Pin(20针)的双排长方形插座给主板供电。随着Intel推出 Pentium4处理器，电源规范也由ATX修改为ATX12V，和ATX电源相比，ATX12V 电源主要增加了一个4Pin的12V电源输出端，以便更好地满足Pentium4的供电要 求（2GHz主频的P4功耗达到52.4瓦）。鉴于ATX的普遍使用和高压直流供电的优 势，因此希望探讨采用直流高压供电和ATX电源结合的供电的方式，即对ATX电 源采用直流供电，然后由ATX电源输出所需电压的可行性。  分析过程： 图 2 典型 ATX 电源的整流逆变部分电路 图 2 的 ATX 电源典型电路（来源于华硕的 DTK PTP-2038）中的整流及逆变 部分，由于电源中存在开关变压器的隔离作用，因此，只要开关变压器前端的电 源波形合适，后端的输出也将一致，所以本文只分析在供电电源由交流变为直流 的情况下，开关变压器前端的电压波形变化情况。 根据对图 2 的电路分析，在电路上端的开关接 230V 时，等效简化电路与交 流电源时一致，其采用直流与交流供电时结果 A、B 两点的电压波形几乎完全一 致，采用直流供电时将没有交流供电经过整流滤波仍存在的少量的电压波动（如 图 3 所示），效果将更好。 图 3. 直流供电后 A、B 两点电压将与交流供电电压波形一致 然而当电路上端的开关接 115V 接口时，前端电路所受主要影响的通路如图 4 所示，其采用直流供电