TET2000系列AC - DC/HVDC前端电源供应器深度解析

在高性能服务器、路由器和网络交换机等设备中，电源供应器的性能和可靠性至关重要。今天，我们来深入了解一下TET2000系列AC - DC/HVDC前端电源供应器，看看它有哪些独特的特点和优势。

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一、产品概述

TET2000系列是一款2100瓦的AC - DC功率因数校正（PFC）和DC/DC电源，它可将标准交流市电或高压直流母线电压转换为12VDC的主输出，用于为高性能、高可靠性服务器、路由器和网络交换机中的中间总线架构（IBA）供电。TET2000 - 12 - 086系列符合国际安全标准，并带有欧洲低电压指令（LVD）的CE标志。

主要特性与优势

1. 高效率：获得80 PLUS认证的“钛金级”效率，在同类产品中处于领先地位。
2. 宽输入电压范围：交流输入电压范围为180 - 264 VAC / 2100 W，90 - 180 VAC时线性降额；直流输入电压范围为180 - 300 VDC。
3. 功率因数校正：交流输入具备功率因数校正功能，确保电能的高效利用。
4. 始终开启的待机输出：提供24 W（12 V / 2 A）的待机输出，为外部电源分配和管理控制器供电。
5. 热插拔能力：支持热插拔，方便系统的维护和升级。
6. 并联操作：通过模拟总线实现有源均流的并联操作，可灵活扩展功率。
7. 全数字控制：采用全数字控制，提高了性能和稳定性。
8. 高功率密度设计：功率密度达到51 W/in³，采用小巧的外形尺寸（195 x 86 x 40 mm）。
9. 高频率运行：最高可达400 kHz，响应速度快。
10. 通信接口：配备I2C通信接口，支持电源管理总线协议，可实现监控、控制和固件更新。
11. 环保合规：符合RoHS标准，环保无污染。
12. 状态指示：带有状态LED指示灯，可显示故障信号，方便用户及时了解电源状态。
13. 安全认证：通过了IEC 62368 - 1:2014第2版和UL 62368 - 1第2版的安全认证，并拥有美国专利。

二、技术细节

（一）输入特性

1. 输入电压与频率：交流额定输入电压为100 - 240 VAC，频率范围为47 - 63 Hz；直流额定输入电压为240 VDC。在不同的输入电压和负载条件下，电源能够保持稳定的输出。
2. 输入保险丝：电源内部L线串联有快速熔断的16 A输入保险丝，用于防止严重缺陷，但该保险丝不可从外部触及，不属于可维修部件。
3. 浪涌电流限制：AC - DC电源的X电容仅为3.88 μF，当连接到市电时，产生的峰值电流低且持续时间短。内部大容量电容器通过PTC充电，可有效限制浪涌电流。但需注意，在最大输入、高温条件下，不要在5秒内重复插拔操作，以免内部浪涌电流限制装置PTC无法充分冷却而触发自我过热保护。
4. 欠压保护：如果输入电压（交流或直流）的RMS值低于欠压锁定阈值，电源将被禁用；当输入电压恢复到正常工作范围时，电源将恢复正常运行。
5. 功率因数校正（PFC）：通过同步控制输入电流波形与输入电压，实现功率因数校正。采用全数字控制器，在宽输入电压和负载范围内都能获得出色的PFC效果。即使在直流输入时，PFC仍然有效。
6. 效率：采用先进的GaN功率器件和软过渡拓扑结构，结合全数字控制方案，最大限度地降低了开关损耗。输出端的同步整流器减少了高电流输出路径中的损耗。风扇转速由数字控制，可根据环境温度和负载条件将所有组件保持在最佳工作温度，从而实现高效率。

（二）输出特性

1. 主输出：额定输出电压为12.3 VDC，在不同的输入电压和负载条件下，输出电压的调节精度高。具备短时间过载能力，主输出可在20ms内允许负载电流超过额定输出电流20%，以满足系统短时间动态过程的功率需求。输出纹波电压低，在额定输出电压和电流下，20MHz带宽时的纹波电压为80 - 120 mVpp。
2. 待机输出：额定输出电压为12.0 VDC，功率为24 W。输出纹波电压在额定输出电压和电流下，20MHz带宽时为60 - 120 mVpp。在欠压条件发生后，待机输出将以1s的间隔持续尝试重启。

（三）保护功能

1. 过压保护：主输出和待机输出均采用硬件比较器实现固定阈值过压（OV）保护。主输出触发过压条件后，电源将关闭并锁定故障状态，可通过断开交流市电或切换PSON_L输入来解锁；待机输出在过压条件发生后，将以1s的间隔持续尝试重启。
2. 欠压检测：主输出和待机输出均受到监测。当输出电压超出其额定电压的±5%时，PWOK引脚会发出信号。主输出电压低于11.2V（通常在过载条件下）时将锁定关闭，可通过断开交流市电或切换PSON_L输入来解锁；如果待机输出超出其调节带宽超过10ms，则会禁用主输出以保护系统，待机输出在欠压条件发生后将以1s的间隔持续尝试重启。
3. 电流限制
   • 主输出：主输出电流限制水平会随着环境（入口）温度超过50°C而降低。此外，还有一种由软件反馈环路控制的近似矩形输出特性保护，可在静态过流保护的20ms消隐时间内保护电源和系统。当主输出过流时，V1将关闭并锁定，可通过循环输入电压或PSON_L输入来清除锁定。
   • 待机输出：采用打嗝式过流保护。当待机电流达到或超过限制值时，待机输出将立即关闭，关闭1s后自动尝试重启。如果过载条件消除，输出电压将恢复到额定值；在持续过载条件下，输出将以1s的间隔反复尝试重启。如果待机输出出现故障，主输出和待机输出都将关闭。

（四）监控与控制

1. 监控参数：电源可以通过I2C通信接口实时监控输入和输出电压、电流、功率以及内部温度等参数，监控精度高。
2. 信号输入
   • PSKILL输入：该输入为高电平有效，通常是连接器中的尾随引脚，用于在电源拔出时立即断开主输出。此引脚应连接到系统上的SGND，而待机输出不受PSKILL输入状态的影响。
   • PSON_L输入：这是一个内部上拉（3.3 V）的输入信号，用于启用或禁用前端的主输出V1，同时也可用于清除任何锁定的故障状态。
   • SENSE输入：主输出设有感应线，用于补偿正负路径上负载线的电压降。最大允许的正导轨电压降为200 mV，GND导轨电压降为50 mV。如果感应输入未使用，应将其连接到电源连接器的电源输出和GND。感应输入具有短路保护功能，短路时电源将关闭。
3. 信号输出
   • PWOK输出：这是一个电源正常信号，当所有输出都在电源的调节范围内时，PWOK将被拉高；当任何输出电压低于调节范围或交流电源断开时间足够长以致电源无法保证正常工作时，PWOK将被拉低。
   • ACOK输出：这是一个集电极开路输出，需要外部上拉到最大12V，用于指示输入是否在电源可使用并开启的范围内。该信号引脚与信号地SGND之间添加了一个15V齐纳二极管，以保护内部电路免受负电压和高正电压的影响。
   • SMB_ALERT_L输出：该信号表示电源正在经历系统代理应调查的问题，是关机和警告事件的逻辑或。当出现过热、过流、过压、欠压或风扇故障等事件时，该信号将被拉低，同时LED指示灯会变为琥珀色常亮。
   • PRESENT_L输出：该引脚连接到电源内部的SGND，用于指示该系统插槽中是否存在电源。应用中需要添加外部上拉电阻，为保证电源就位时为低电平，流入PRESENT_L的电流不应超过4 mA。
4. 电流共享：TET前端为V1实现了有源均流方案，所有ISHARE电流共享引脚需要相互连接以激活共享功能。如果某个电源存在内部故障或未开启，它将断开其ISHARE引脚与共享总线的连接，以防止在这种情况下拉低（或拉高）输出。该功能使用模拟总线传输和接收电流共享信息，控制器实现主/从电流共享功能，输出电流最大的电源自动成为主电源，其他电源作为从电源，通过略微提高输出电压来使输出电流接近主电源的输出电流，电压提高限制在+250 mV以内，在满载时输出均流误差在5%以内。12 VSB输出不需要主动进行电源间的电流共享（被动共享）。
5. 前端LED指示灯：前端有一个双色LED指示灯（绿色和黄色），用于显示电源的状态。例如，输出正常时为绿色常亮；无交流电源输入时熄灭；交流电源存在但仅处于待机模式时，LED以1Hz的频率闪烁绿色；电源出现警告事件时，LED以1Hz的频率闪烁琥珀色；电源出现导致关机的严重事件时，LED为琥珀色常亮；电源处于固件上传模式时，LED以2Hz的频率闪烁绿色。
6. 通信接口：TET前端作为通信从设备，通过I2C/SMBus与外部进行通信。通信总线电压和时序有明确的规定，如SDA/SCL IOs使用3V3逻辑电平，需要外部上拉电阻以保证正确的信号边缘，支持最高400 kbps的全SMBus时钟速度，时钟拉伸限制在1 ms以内，SCL低超时时间> 25 ms且需在10 ms内恢复，能够识别任何时间的总线起始/停止条件。只要提供输入交流电压，就可以与DSP或EEPROM进行通信；如果没有交流电源，当连接到一个有效的12 V或12 VSB输出（如冗余单元提供）时，也可以进行通信。
7. 地址选择：I2C通信地址可以通过将地址输入引脚A0、A1和A2拉至GND（逻辑低）或保持开路（逻辑高）来配置。如果引脚保持开路，内部上拉电阻（10kohm）会使这些引脚处于高电平。控制器和EEPROM之间存在固定的寻址偏移。
8. EEPROM访问与协议：电源中的控制器和EEPROM共享相同的I2C总线物理层，但可以通过不同的地址进行访问。EEPROM提供256字节的用户内存，这些字节不用于电源的操作。EEPROM遵循行业通信协议，建议使用单字节读写命令。写命令遵循SMBus 1.1 Write Byte协议，读命令遵循SMBus 1.1 Read Byte协议。
9. 电源管理总线协议：TET2000 - 12 - 086系列电源支持Power Management Bus协议，该协议是一个开放标准协议，用于定义与电源转换和其他设备的通信方式。电源支持基本的读写命令结构，如时钟拉伸限制在1 ms以内，SCL低超时时间> 25 ms且需在10 ms内恢复，能够识别任何时间的总线起始/停止条件。写协议包括SMBus 1.1 Write Byte/Word协议和最大长度为255字节的块写命令；读协议包括SMBus 1.1 Read Byte/Word协议和最大长度为255字节的块读命令。

三、机械与环境特性

（一）机械规格

电源的尺寸为宽86 mm、高40 mm、深195 mm，重量为1.2 kg。此外，可根据需求提供电源外壳的3D STEP文件。

（二）温度与风扇控制

1. 风扇控制：为了达到最佳冷却效果，必须确保有足够的气流通过电源。TET2000 - 12 - 086NA为后到前的气流方向，即空气从电源的直流输出端进入，从交流输入端流出；TET2000 - 12086RA则相反。电源内部的风扇由微处理器控制，其转速根据输出功率和入口温度进行调整，以确保电源的最佳冷却效果。
2. 温度监测与过热保护：TET2000 - 12 - 086系列通过I2C接口可以访问电源内4个传感器的测量温度。微处理器会监控这些温度，当其中一个传感器的温度达到警告阈值时，风扇将全速运转；如果温度继续上升超过关机阈值，主输出V1（或如果辅助转换器受影响则为VSB）将被禁用，同时通过LED、PWOK和SMB_ALERT_L信号相应地发出警告或故障信号。

   （三）电磁兼容性

3. 抗干扰能力：电源在静电放电（ESD）、辐射电磁场、电快速瞬变脉冲群（EFT）、浪涌、射频传导抗扰度、电压暂降和中断等方面都具有良好的抗干扰能力，符合相关标准要求。
4. 电磁发射：电源的传导发射、辐射发射、谐波电流发射和交流闪烁等电磁发射指标都满足Class A标准，同时在50%负载、额定输入电压和25°C环境温度下，声学噪声的声功率统计声明为50 dBA。

   （四）安全与认证

   电源在工厂进行了最大电气强度测试，符合IEC/EN 62638和UL 62368标准。输入到输出的电气强度测试不应在现场重复进行，否则Bel Power Solutions将不承担任何由此导致的保修责任。电源获得了UL 60950 - 1第2版、CAN/CSA - C22.2 No. 60950 - 1 - 07第2版、IEC 60950 - 1:2005、EN 60950 - 1:2006、IEC 62368 - 1:2014第2版、EN 62368 - 1:2014、CAN/CSA - C22.2 No. 62368 - 1:14、UL 62368 - 1第2版等多项安全认证。输入（L/N）到外壳（PE）为基本绝缘，输入（L/N）到输出为加强绝缘，初级（L/N）到保护地（PE）的爬电距离和电气间隙为3.0 mm，初级到次级为6.0 mm，输入到外壳的电气强度测试电压为2.1 kVDC，输入到输出为4.3 kVDC。

   （五）环境适应性

   电源应在各种负载和环境条件下满足热要求，虽然表格仅提及了排气温度，但电源内的所有其他组件也应满足其温度规格和寿命要求。电源必须满足UL外壳温度上升限制要求，除排气侧外的所有电源侧面必须归类为“仅短时间握持的手柄、旋钮、把手等”。如果无法满足出口空气温度要求，电源必须带有符合IEC/UL 60950 - 1的高触摸温度警告标签，并且必须使用额定温度为85°C的电源线。电源的工作环境温度范围为0 - +50°C（在2000 m海拔、额定输入电压和电流条件下），扩展温度范围为+50 - +60°C（在2000 m海拔、降额输出条件下），存储温度范围为 - 40 - +70°C，工作海拔最高可达5000 m。

四、连接与配件

（一）连接方式

交流输入插座为3针IEC320 C20入口。直流连接器的引脚分配有明确规定，具体可参考相关图表和表格。配套连接器应为FCI 10121510 - 480020ALF。

（二）配件

提供I2C Utility软件，这是一个与Windows XP/Vista/7兼容的GUI，可用于对TET2000 - 12 - 086NA/RA前端（以及其他I2C设备）进行编程、控制和监控；还有Single Connector Board连接器板，用于操作TET2000 - 12 - 086NA/RA单元，该板包括一个板载USB到I2C转换器，可使用I2C Utility作为桌面软件。

五、总结

TET2000系列AC - DC/HVDC前端电源供应器以其高效率、宽输入电压范围、丰富的保护功能、良好的监控与控制能力以及出色的环境适应性，为高性能服务器、路由器和网络交换机等设备提供了可靠的电源解决方案。在实际应用中，电子工程师可以根据具体需求选择合适的型号，并合理利用其各项特性，以确保系统的稳定运行。同时，在使用过程中，也需要注意一些细节，如输入电压范围、浪涌电流限制、温度控制