即插即用的前端解决方案的研究分析

随着数据中心服务器和电信设备中分布式电源架构（DPA）和中间总线架构（IBA）的激增，系统设计人员正在部署完整的AC/DC转换器，内置功率因数校正（PFC）和输入/输出滤波符合国家和国际监管能源标准。这些转换器还设计用于通过紧凑型封装提供更多功率，具有超低外形，满足严格的空间要求和极高的转换效率，最大限度地降低功耗。

这些集成AC/DC模块中集成了其他值得注意的功能包括通用输入，热插拔功能，N + 1冗余的主动负载共享，内置智能和操作灵活性。包括I²C，PMBus和以太网等板载接口，可根据负载水平或其他系统参数实现实时监控和动态数字控制。

从本质上讲，这些集成高效的通用输入AC/DC前端模块被部署为完整的子系统，为分布在整个系统中的各种DC/DC转换器供电。虽然这些所需特征和优势的清单可能会吓跑一些供应商，但事实上有许多制造商在这个领域竞争。为这些应用提供即插即用AC前端解决方案的公司包括CUI，Artesyn Embedded Technologies（艾默生网络能源的前艾默生嵌入式计算和电力业务），GE Energy，TDK-Lambda和Vicor等公司。公司

Plug-and -play AC/DC模块

例如，CUI发布了一款高效率100 W底板冷却AC/DC前端，采用封装的板载封装，具有超薄（17 mm）特性（图1）。 VBM-100系列具有内置滤波和保护功能，以及高功率转换效率，可满足ITE，电信和工业应用的特定需求，其中空间限制和/或噪声限制限制了风扇的使用冷却。由于DPA架构已演变为IBA，其中48 VDC总线使用中间DC/DC总线转换器进一步降低到24或12 VDC，VBM-100提供6种紧密调节的输出电压12，15，24，28的选择，36和48 VDC，25°C时的电压精度为±1％。根据制造商的说法，也可根据要求提供定制电压。

图1：CUI的高效率100 W底板冷却AC/DC前端即插即用采用封装的板式封装，采用超薄型封装。

VBM-100系列尺寸仅为4.5 x 2.4 x 0.6英寸（117 x 61 x 17 mm），通用输入范围为90~264 VAC并采用有源功率因数校正（PFC）以满足EN61000-3-2 D类谐波噪声标准。封装单元的空载功耗低于0.5 W，效率高达92％。据CUI称，VBM-100 AC/DC前端电源的工作温度范围为-20°至+ 85°C，可提供过压，短路和过热保护。因此，所有型号均为ITE，商业和工业设备提供UL/cUL和TUV 60950-1安全认证，并且符合EMC指令EN 55022 B类，无需外部过滤。

同样，对于使用DPA和IBA架构的系统，雅特生科技已经准备好1U，2U和3U高机架式AC/DC前端，单个额定功率高达3，000 W.最近，该公司已经扩展其DS系列1U高超紧凑型AC/DC前端有两种型号，适用于空间受限，高可用性应用，如“永远在线”的企业级服务器。其中包括750 W单元DS750PED和1，100 W型号DS1100PED。这些电源旨在满足80Plus Platinum标准的效率（表1），它们具有相同的外形尺寸（图2），提供系统设计人员在未来可能会改变电源要求的长生命周期应用中所需的可扩展性。两种电源均具有94％的峰值转换效率和高功率密度; DS750PED的密度最高可达16.4 W/in.³（1 W/cm³），DS1100PED可提供24 W/in.³（1.46 W/cm³）。

表1：计算DS1100PED的效率表明AC/DC前端符合80Plus Platinum标准的效率。

图2：Artesyn Embedded Technologies（以前称为Emerson Network Power）新DS系列AC/DC前端共享相同的外形，以提供系统设计人员在未来功率需求可能发生变化的应用中所需的可扩展性。

处理通用输入电压范围，电源使用有源PFC以最大限度地提高效率确保符合国际EN 61000-3-2标准的谐波电流发射。事实上，供应商声称DS750PED和DS1100PED在20％到满输出的负载条件下提供至少0.9的功率因数。这确保了当这些电源并联以实现容错或冗余时，即使仅部分负载，它们仍然可以高效运行。此外，这些最新增加的电源系列还具有符合PMBus标准的控制和监控功能。功能。每个电源产生12 VDC的主有效负载输出，用于为使用分布式架构的系统中的下游DC/DC转换器供电，以及用于电源管理电路的额定电流为3A的12 VDC待机输出。 DS750PED和DS1100PED的主直流输出可分别提供高达62.5和91.6 A的电压，并可在低至零负载的范围内保持稳定。有源电流分配有助于最大限度地提高成本效益，因为在为高电流应用并联多个电源时，无需额外的元件。

AC/DC前端还具有内置ORing和有限的浪涌电流。 38 DS1100PED型号DS750PED和55 A的限制。此外，这些单元符合EN 61000-4-11 EMC抗扰度标准，并提供广泛的安全认证，包括UL/cUL/EN 60950，CE标志和中国CCC。

其他解决方案

不遗余力的是，GE的Critical Power业务，以前的Lineage Power，提供高效的CAR系列作为全球输入电源的即插即用AC/DC前端，采用紧凑的1U工业标准外形。 CAR系列拥有前所未有的功率密度25 W/in 3 。 CAR AC/DC前端提供12，24和48 VDC单输出，可热插拔，内置远程开/关，远程感应，有功均流，输出电压裕度，过压，过流和过热保护。该系列还具有I²C/PMBus接口，可提供全方位的控制和监控功能。在效率方面，GE模块超过了80Plus Gold Level效率标准2500 W CAR2548专为具有48 VDC总线的系统量身定制，而2，000 W CAR2024FP则专为24 VDC总线而设计。该系列还提供12 VDC输出，输出功率范围从850 W（CAR0812FP）到2，500 W（CAR2512FP）。

对于分布式电源，热插拔和冗余电源系统，TDK-Lambda已准备好其2，500 W HFE2500系列具有通用AC输入功能和内置有源PFC。该系列提供12，24或48 V的良好稳压直流输出。提供80Plus白金级性能，HFE2500系列中的单元完全符合RoHS标准，带有CE标志并符合UL/EN60950-1安全规范，如以及EN55022和FCC B类EMC执行的规范。为了应对这一市场，Vicor将其专有的双钳位零电压开关（DC-ZVS）架构与获得专利的自适应单元拓扑相结合，提供完整的AC/DC前端具有前所未有的功率密度，转换效率和灵活性组合，同时还满足谐波噪声，EMI和安全 - 超低电压（SELV）输出要求。 330 W VI Brick（FE175D480C033FP-00）模块可处理全球交流电源输入，采用尺寸仅为0.38英寸（9.55毫米）的薄型封装，提供完全隔离和稳压48 VDC输出。它与Vicor提供的各种下游DC/DC转换器兼容。因此，它可以很容易地与公司的高密度，高效率DC/DC转换器（包括PRM和VTM稳压器）组合（图3），以创建通用AC至12 VDC总线和1 V点 - 负载（POL）解决方案。 VI Brick AC/DC前端提供三种温度等级：消费类，电信和军用。

图3：VI Brick AC/DC前端可以组合使用与Vicor的下游DC/DC转换器（包括PRM和VTM稳压器）一起构建通用AC至12 VDC总线和1 V负载点（POL）解决方案。

总之，即插即用AC/DC随着更多的铃声和口哨声的增加，前端子系统不断发展，使系统设计人员的生活更轻松。这些转换器消除了设计AC/DC前端模块的担忧，使系统设计人员有更多时间专注于与最终产品相关的其他关键问题。