电信系统通信电源的母线架构
yk0727
yk0727 Lv.2
2009年12月09日 15:21:20
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如何为48V开关电源系统选择最合适的架构和产品是工程师面临的一个困难选择国际安全标准认为48V电压是高电压而且是不安全的,因此,电信系统要求一个额外的隔离层,通常采用隔离式DC/DC转换器,它既可以提供二级隔离,又可以将电压降到安全范围(一般情况下,要求低于20V)。传统的母线架构在整个系统中的多个地方采用隔离式DC/DC转换器,负载端所需的隔离式转换器常和下游的调节电路配合使用。而中间母线转换器则减少了隔离式转换器的个数,一定程度上降低了成本,但是需要采取措施降低非隔离电路所带来的的噪声。因此,如何为一个系统选择合适的母线架构是工程师面临的一个困难选择,必须在采用新技术、降低硬件成本、加快上市时间等因素之间取得平衡。

如何为 48V开关电源系统选择最合适的架构和产品是工程师面临的一个困难
选择国际安全标准认为48V电压是高电压而且是不安全的,因此,电信系统要求一个额外的隔离层,通常采用隔离式DC/DC转换器,它既可以提供二级隔离,又可以将电压降到安全范围(一般情况下,要求低于20V)。传统的母线架构在整个系统中的多个地方采用隔离式DC/DC转换器,负载端所需的隔离式转换器常和下游的调节电路配合使用。而中间母线转换器则减少了隔离式转换器的个数,一定程度上降低了成本,但是需要采取措施降低非隔离电路所带来的的噪声。因此,如何为一个系统选择合适的母线架构是工程师面临的一个困难选择,必须在采用新技术、降低硬件成本、加快上市时间等因素之间取得平衡。

“N+1”冗余
确定冗余对一个系统来说是首先要考虑的事情。“N+1”是定义冗余的一个术语,“N”是指满足负载要求的电源数,“1”是指冗余数。

“1+1”冗余是最常用的方法。采用该方法,每个48V开关电源能够承受整个负载,能够实现不带任何控制回路的多路并行输出。尽管“1+1”冗余法是常用的方法,还是很有必要考虑一下其他冗余方法的优点。

今天大部分电信系统已经模块化,客户可以根据需要使用各种应用卡或者模块进行组装。通常,终端用户并不完整地组装系统,因此“3+1”或“4+1”方法对这样的系统来说可能更有成本优势。假定一个系统可以用最多10个卡组装,每个要求200W,则采用“1+1”方法,即便只使用一个或两个卡时,终端用户也必须购买两个2000W电源来满足总体4000W的需求。而“4+1”方法采用5个500W卡,它具有更强的灵活性,对那些暂时没有组装完整的系统可以节省更多成本。

前端还是整流器

整流器和前端在很多方面都很相似,他们都能提供与交流电的基本隔离,并且输出一个直流母线电压,分布到整个电信系统之中。在设计上,整流器和电池相并联,需要调整输出电压,以提供理想的充电电压,输出电压典型值是具有恒流特性的-54Vdc。从整流器出来的系统母线电压会在-36~ -75Vdc范围波动,整流器通常和电池管理系统连在一起以使电池工作在最佳状态。从前端转换器出来的系统母线电压允许一个较小的波动,范围为42~53Vdc,典型值是+ 48V开关电源

48V开关电源整流器也可能被用作前端,但前端不会被用作整流器,还必须注意输出的极性(正的或负的)。控制信号和状态信号常常是共地的,极性反转有可能破坏所有的状态信号和控制信号。
大多数超过800W的前端/整流器用在低压(115Vac)操作中提供降压,而在高压(230Vac)操作中提供升压。一些生产商将他们的产品市场定位在低压等级,而其他的生产商将他们的产品市场定位在高压等级。
今天的前端/整流器都使用了均流电路来平分多个负载,以保证每个电源没有超出它自己的额定功率。均流电路的精确度典型值为±10%,电源必须减去这个精确度(“1+1”应用除外)。

挑选DC/DC转换器的准则

近几年来,48V开关电源DC/DC转换器发生了很大变化,确定最适合自己应用的DC/DC转换器成了一件困难的事情,一些最基本的考虑事项也许会帮助工程师做出正确的选择。

隔离的最基本的目的是满足安全要求。一般的,隔离式转换器比非隔离式要更昂贵,并且体积更大,这一点也促进了中间母线架构的流行。许多转换器都宣称可以提供大电流,在实际工作条件下却做不到(如在200lfm气流、环境温度55℃时),其实,只要看一下转换器的降额曲线,你就会清楚该转换器的真正功率是多少。
工作效率是高端转换器的一个重要因素,但是提高效率往往是以增大输出噪声、降低动态响应能力为代价,因此,在选择一款转换器时,工程师不仅要看效率,还要考虑其他的特性。也许,转换器的散热能力比提高1%或2%的效率更重要,通过仔细分析一个转换器的热图像和最佳气流方向,工程师就能判断出这款转换器的散热性能。

当负载变化时,转换器的电压偏移量以及电压调整速度都会反过来影响下游器件,以致这些器件不能正常发挥他们的功能。噪声和噪声频率会给设计带来严重危害,而低频下的低纹波则可以避免额外的滤波。因此,电压偏移量和电压调整速度以及噪声也是工程师在选择一款 48V开关电源转换器时需要考虑的因素。
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gaomu16
2009年12月10日 08:50:00
2楼
学习了,谢谢!不过感觉讲的还是比较概括的没怎么深入
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zxklying
2016年06月06日 13:48:21
3楼
好东东!谢谢分享!
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