在高压服务器电源中使用低压设备

出处:老太阳集团tcy8722网站电子市场网 发布于:2025-03-07 16:27:42

  PFC由240 VAC的电源电压运行,并生成400 VDC总线。 DC-DC阶段向下转换为50 V,同时提供隔离。此外,此类电源必须遵守Open Compute ORV3标准发布的要求,并符合特定的外形和尺寸。

  图1。 两阶段的服务器电源,网格交流至50 V中间总线。图像二手 Bodo的电源系统 
  该三部分系列的部分概述了高压服务器电源中的低压设备。
  高压拓扑中的低压设备
  传统的电源使用围绕半桥建造的两级拓扑,并采用宽带(WBG)高压设备。为了实现更高的功率,高压设备需要较低的州电阻,在某些情况下,需要并联多个连接的设备。这些经典技术都没有显着提高功率密度。另外,低压设备可以与多层拓扑结合使用和级联配置一起使用,以增加功率密度超出高压设备的功率密度。
  多层拓扑

  多层拓扑结构使用设置相应水平的设备和电容器连接,将高压分为多个低压水平。一个流行的拓扑是图2所示的飞行电容器方法,该方法配置为具有四个级别的图腾孔功率因数校正电路。

  图2。 图腾杆,多级PFC转换器。图像二手 Bodo的电源系统
  级联配置

  在级联配置中,将多个转换器串联连接以构建输入上所需的电压,并并联输出连接,如图3所示。如果级联中使用的转换器是电压来源的,则可以使用。

  图3。 固定比率隔离转换器的级联配置。图像二手 Bodo的电源系统 
  性能比较:高电压设备高与低压设备
  一个5 kW,240 V AC至50 V DC电源系统,该系统包括PFC阶段和具有400 V DC临时总线的隔离阶段,将用作将高压与低压设备方法进行比较的基线。 PFC阶段使用图腾杆配置进行了硬转换,而隔离阶段是基于LLC的软转换。这两种拓扑都是服务器电源的流行选择。
  个比较是适用于PFC转换器的综合硬开关(FOM)的多级改编。组件以等式(1)至(3)的形式给出,并在等式(4)中合并,其中较低的值会产生更好的性能。
  \ [fom_ {1} = r_ {ds(on)} \ cdot q_ {g} \ cdot(n-1)^{2} \,\,\,\,\,\,\,(1)\]
  \ [fom_ {2} = r_ {ds(on)} \ cdot q_ {oss} \,\,\,\,\,\,(2)\] \]
  \ [fom_ {3} = r_ {ds(on)} \ cdot q_ {rr} \ cdot(n-1)^{2} \,\,\,\,\,\,\,(3)\]
  \ [FOM_ {ml} = \ sqrt {fom_ {1}^{\,\,\,\,\,2}+fom_ {2}^{\,\,\,\,\,\,2}+fom_ {3}^}
  每个高压开关的5 kW PFC需要大约15MΩ,等效词是以4级飞行电容器配置串联连接的三个设备。为了进行比较,将650 V级的SIC MOSFET(650 V级的cascode gan fet),两个平行于650 V等级的增强模式gan Fets,所有这些模式gan fet,它们均适用于PFC和LLC,与 4级PFC和150 V级的casc cascade casce casade casad casce a 4-cascade cascade cascade cascade cascade cascade cascade的cascade casce casc cast cast cast cast cast cast cast a的casce cast a casce的casce cast的casc均为4-casc的。配置使用四个堆叠转换器,相当于5级转换器。
  从表1中,无论技术如何,较低的电压设备的FOM明显低于任何高压设备。


  比较的下一个转换器特性是差分模式EMI。在多级转换器或级联配置中,任何切换事件电压始终远低于2级转换器拓扑。较低的电压过渡会按比例减少差异模式EMI能量。另外,较低的电压设备倾向于更快地切换,从而增加了其EMI频率含量。对PFC转换器进行了模拟,其中包括具有差分模式进行EMI输出的LISN的单个共同模式扼流圈EMI滤波器和等效电路。 2级和4级图腾孔PFC之间的比较结果如图4所示。4级转换器比2级转换器低约40 dB。

  图4。 使用单个共同模式的EMI滤波器,模拟和执行了2级半桥和4级飞行电容器Totem-Pole PFC转换器之间的差异模式EMI比较。图像二手 Bodo的电源系统 [PDF]
  在高压应用中使用低压设备的终好处是磁成分尺寸的减小。对于飞行电容器多级转换器,级别的数量将主要电感器的电感降低为(n-1)2倍,其中n是纹波电流幅度保持不变时的水平数。因此,对于3级配置,可以预期降低4倍,而对于4级,可以预期减少9个。
  除了尺寸降低外,较低的电感还增加了闭合电流环控制响应,从而更容易遵守网格的更严格的THD标准。
  对于级联方法,变压器需要更少的绕组转弯,这打开了使用标准的PCB技术和平面磁力进行构造的可能性。这些磁成分减少会增加功率密度并降低成本。另外,较低的电压变压器可以在更高的频率下运行,从而进一步降低磁成分的大小。
  模块化

  级联配置的固有特征是模块化,其中低压输入模块被堆叠以实现系统的较高输入电压。这些模块的设计比高压计数器零件的设计要简单得多,这在很大程度上是由于变压器绕组的较低转数。只需在堆栈中添加其他模块,就可以易于扩展可容纳更高的电压,例如400 V和800 V来源。

  图5。  (a)5 kW 4级PFC转换器模块,(b)1.25 kW 100v至50 V LLC转换器模块构建块,用于5 kW级联转换器。图像二手 Bodo的电源系统 [PDF]
  在多级转换器的情况下,它们的较小的电感器尺寸也使设计是模块化的。这种模块化使得可以轻松添加其他阶段以增加功率。
  低压设备解决方案的模块化如图5(a)所示,240 VAC至400 VDC,5 kW多级转换器模块和图5(b)对于1.25 kW,100 vdc至50 VDC LLC转换器模块,适用于400 VDC至50 VDC Cascade系统。


关键词:高压服务器电源

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