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直流输出DC-UPS系统

现代数据中心供电系统规划设计第六篇

来源:机房360 作者:陈冀生 张广明 更新时间:2013-5-4 21:59:34

摘要:改变备用能源配置方法,由备用能源(电池)直接用直流电压对负载供电,以上问题就迎刃而解,使UPS系统的可靠性、建造成本、能源利用率、系统标准化等方面,都会产生革命性的变化。本篇将从UPS技术发展过程讲述:为什么早期的IT设备要交流电压供电;传统UPS系统结构存在的问题;UPS直流输出的可行性和性能优势;直流UPS设计和应用中面临的技术难题等。

  传统的UPS供电系统存在的主要问题是如何有效地提高系统可靠性。可靠性不高是传统的UPS设计理念造成的,而传统设计理念的结症又可归结为备用能源配置方法问题。备用能源(电池)要经过UPS设备中最薄弱环节—逆变器才能向负载供电,这是造成UPS系统必须两次能源变换、系统中存在着负载和UPS本身两个谐波源、系统过于复杂和结构臃肿、成本不断攀升、效率低下、可靠性难以有效提高的根本原因。改变备用能源配置方法,由备用能源(电池)直接用直流电压对负载供电,以上问题就迎刃而解,使UPS系统的可靠性、建造成本、能源利用率、系统标准化等方面,都会产生革命性的变化。本篇将从UPS技术发展过程讲述:为什么早期的IT设备要交流电压供电;传统UPS系统结构存在的问题;UPS直流输出的可行性和性能优势;直流UPS设计和应用中面临的技术难题等。
 6.1  IT设备供电系统结构的变化
  电网电压提供的是交流380V/220V,50HZ,而IT设备逻辑电路用的是直流低电压(例如3V、5V),这是两个不可改变的事实。为IT设备供电的电源设备的任务自然是完成两种制式电压的转换。计算机开始产业化至今已有50多年历史,在这漫长的过程中,供电电源也经历了几个变化阶段,促成并决定这些变化的最根本的因素是组成电源设备的功率半导体器件和电路技术的进步。图6.1显示了这个过程。
(1)20世纪60、70年代
  如图6.1(a)所示。此时计算机是由电网市电直接供电的,由于当时半导体器件性能限制,机内线性调节电源和开关电源都只能是低压输入,所以在输入端都必须配置工作在交流状态的工频降压变压器。
(2)20世纪70、80年代开始使用UPS设备为计算机设备供电
  如图6.1(b)所示。此时开始为计算机供电系统配置不停电供电设备–UPS。但是由于计算机输入端都配置有工频变压器(包括机内交流供电风扇),所以UPS设备只能输出交流。殊不知,最初的这一要求固定了UPS设备的电路结构,并沿用到50年后的今天。
3)20世纪70、80年代计算机开关电源去掉了输入变压器
如图6.1(c)所示。在20世纪70年代,由于功率半导体器件性能的进步,电源业内开始了一场20KC的革命,无输入变压器的开关电源开始成熟并逐渐产品化,到20世纪80年代末期,计算机机内电源基本上甩掉了输入变压器,也就是说,可以由电网电压不需降压而直接供电,当然也就可以由高压直流供电(机内风扇也改为低压直流)。
但是,现行的设备标准和人们的观念决定了计算机还是必须由交流电压供电,当然,作为输入电源的前级设备UPS,也就须保持输出交流。
既然UPS只提供交流电源,所以,计算机开关电源也必须保留输入级的AC/AC变换,整个供电就形成了UPS设备的AC/DC—DC/DC两级变换和机内开关电源的AC/DC-DC/DC两级变换。


图6.1 计算机供电系统演变过程

 

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