分布式电源架构的AC/DC前端设计解决方案

分布式电源架构在电信设备和数据中心服务器中很受欢迎，其中集成的AC/DC前端模块是标准子系统，用于为跨系统板的各种DC/DC转换器供电。面对持续的压力，即在更小的空间内提供更高的功率和更高的转换效率（以满足新的监管标准）并且具有竞争力的成本，电源制造商在设计，架构和封装方面取得了重大进展。将这些进步与半导体器件的改进相结合，制造商发布了新一代通用输入AC/DC模块，集成功率因数校正（PFC）和输入/输出滤波。

这些集成的AC/DC转换器能够处理85至264 VAC的通用AC输入范围，是完整的前端模块，无需外部组件。它们不仅提供从轻负载到满负载的新级别的功率转换效率 - 甚至在通用AC输入的低端保持高效率 - 新模块还满足国家和国际监管机构施加的所有噪声和EMI要求。

完整的AC前端解决方案

最近推出的完整AC/DC前端是Vicor的VI BRICK。它结合了架构，拓扑和高级封装，实现了完整的功率因数校正（PFC）AC/DC前端模块，提高了功率密度，转换效率和灵活性的标准，同时满足谐波噪声，EMI和安全性低压（SELV）输出要求。 VI BRICK AC/DC前端模块的通用交流输入范围为85至264 VAC，采用尺寸为3.75 x 1.91英寸（95.3 x 48.6 mm）的薄型封装，提供完全隔离且可调节的48 VDC输出，高度仅0.38英寸（9.55毫米）（图1）。因此，它提供的功率转换密度为121 W/in³（或7.5 W/cm³）或54 W/in³，可提供包括所有必要组件（包括保持电容）的完整电源。

图1：完整的VI BRICK AC/DC前端提供54 W/in³的功率密度。

为了提供极高的功率转换效率，AC前端模块采用Vicor专有的双钳位零电压开关（DC-ZVS）架构和获得专利的自适应单元拓扑结构（图2）。因此，即使在85 VAC输入且没有降容的情况下，它也能提供92％的峰值效率，效率超过90％（图3）。此外，根据Vicor的高级产品营销经理Joe Sullivan的说法，通过动态配置交流线路，自适应单元拓扑允许AC/DC转换器在通用输入范围内以相同的峰值效率运行。 Sullivan指出，由于该模块在整个交流输入电压范围内的效率超过90％，包括低至85 VAC的运行，将功率损耗和冷却要求降低了50％。

图2：为了实现从满载到轻载的高效率，AC前端模块实现了Vicor专有的双钳位零电压开关（DC-ZVS） ）架构和获得专利的自适应单元拓扑结构。

图3：Vicor的AC/DC前端模块在265 VAC输入时提供92％的峰值效率，即使在85 VAC输入时也没有降额，效率超过90％。

AC/DC模块具有集成整流，滤波和瞬态保护功能，是一个完整的前端系统，符合IEC 61000-3-2谐波噪声和B类EMI传导发射限值，同时为外部输出提供330 W功率存储电容。引入EMC指令EN61000-3-2是为了限制从电子设备发送回电源的反射谐波。它适用于消耗超过75 W的所有电子系统。

Vicor表示，新的VI BRICK AC/DC前端模块与各种下游DC/DC转换器兼容，包括其高密度组合，高效VI芯片和VI BRICK转换器。 VI BRICK AC/DC前端提供三种温度等级：消费类（-20°至100°C），电信（-40°至100°C）和军用（-55°至100°C）。

其他选择

为分布式电源提供完整的AC/DC前端的竞争变得越来越激烈，竞争对手包括艾默生网络能源，GE能源的Lineage Power和TDK Lambda等等。例如，艾默生网络能源公司为电信系统集成商生产3000 W，紧凑，高密度的AC/DC前端。标签为HPS3000，它在62.0 A时提供48 V稳压输出功率。事实上，它在200 VAC输入时的总输出功率高达3，000 W，在110 VAC输入时的额定功率为1，500 W. HPS3000具有紧凑的1U x 3U外形，在50％负载下的峰值效率为92％。它的功率密度超过41 W/in³，采用同侧AC输入和DC输出，便于机架配置。具有热插拔功能和N + 1冗余，最多可将4个HPS3000设备并联运行在1U 19英寸机架上，以提供12 kW的总输出功率。

数字可编程且与艾默生的PMBus图形用户界面软件完全兼容，AC/DC前端可以很好地防止过压，短路和过热情况。更重要的是，它符合EN55022-B和FCC第15部分“A”EMC传导噪声标准，包括所有适用的抗扰度标准。它还具有UL/cUL60950安全认证，完全符合RoHS指令。同样，GE Energy的Lineage Power提供2500 W CAR2548FP，一个AC/DC前端电源模块，用于分布式电源，采用小型1U封装，48 VDC输出。与艾默生的模块一样，GE的CAR2548FP具有热插拔和N + 1冗余功能，内置远程开/关，远程感应，有源电流分配，输出电压裕度，过压，过流和过温保护。还有一个可选的远程I²C/PMBus接口。据供应商称，在效率方面，GE模块超过了80Plus金级效率标准。

最近TD公司宣布TDK-Lambda型号HFE2500-48前端电源已通过80 PLUS白金级认证，适用于冗余，服务器和数据中心应用。 80 PLUS性能规范要求电源在20％，50％和100％的额定负载下具有80％或更高的能效，真正的功率因数为0.9或更高。

对于整体系统效率，包括负载点（POL）转换器的效率，分布式架构已演变为中间总线架构，其中使用中间DC/DC总线转换器将48 VDC进一步降低到24或12 VDC。因此，许多供应商也提供具有12或24 VDC稳压输出的AC/DC前端。这消除了中间DC/DC级并进一步提高了系统效率和密度。