الغالبية العظمى من الحمل الكهروميكانيكية أشباه الموصلات أو الحمل يتطلب استقرارا DC-DC تحويل الجهد والتنظيم الدقيق، من أجل عملية موثوق بها. أداء وظيفة المحولات DC-DC غالبا ما يشار إليها كنقطة تحميل (POL) منظم وجود التيار الكهربائي أقصى المدخلات وإدخال الحد الأدنى من الجهد للمواصفات التصميم، ومواصفات تحدد مدى استقرارها. قد تختلف هذه الشبكة المنظمين العرض (PDN) اعتمادا على مدى تعقيد عدد ونوع الحمولة، وبنية النظام ككل، مستوى طاقة الحمل، مختلف مستوى الجهد (مستوى التحويل) ومتطلبات العزل وتنظيم تختلف.

العديد من المصممين نظام الطاقة لتنظيم تحويل DC-DC كمفتاح للالتصميم العام. ولكن الجهد المناسب لدرجة المنظمين الحمل، لا تحتاج بالضرورة إلى PDN منظم، أو وسيطة حافلة توزيع الجهد المنظم ليست في غاية الأهمية من حيث PDN. النظر في هذه النقطة، يجب أن النظام مهندس امدادات الطاقة النظر في تطبيق نسبة ثابتة من تحويل DC-DC، التي يمكن أن تحسن بشكل كبير من الأداء العام للPDN.

كيفية تحسين شبكة إمداد

أداء PDN عادة السلطة، استجابة عابرة، الحجم المادي والوزن والتكلفة لقياس. وهناك تحد كبير تصميم PDN تؤثر على الأداء هي نسبة التحول الجهد ودقة تنظيم خط / تحميل. المهندسين تنفق الكثير من الوقت لمعالجة عدد كبير من مختلف تحويل الجهد الإدخال / الإخراج، وتوزيع تعديل ديناميكية من الميزات لتحسين الأداء والاعتمادية.

إذا كان تحميل النظام داخل نطاق السلطة كيلوواط، وارتفاع ضغط تصميم سعة كبيرة PDN، يمكن أن تقلل من المستويات الحالية في النظام (P = V I)، فمن الممكن للحد من PDN الحجم والوزن والتكلفة (الكابلات والحافلات صف واحد، النحاس اللوحة الأم طبقة امدادات الطاقة) (PLOSS = I2R). قبل أن يهتدي إلى الجهد المنخفض / الحالية المرتفعة، والجهد العالي تعظيم المدى الطويل، وعلى مقربة من الحمل، بل هو ميزة كبيرة.

ولكن لجعل الجهد العالي، وارتفاع قوة PDN على مقربة من الحمل، مطلوب أن يكون لديها كفاءة عالية وعالية الكثافة الطاقة DC-DC تحويل. إذا الإدخال إلى نسبة تحويل التيار الكهربائي، خرج كبير، على سبيل المثال 800V أو 400V التبديل 48V، أقصى قدر من الكفاءة تحويل هي توفير محول غير المنظم نسبة ثابتة. هذه الكفاءة العالية تحويل، ويوفر أعلى ليس فقط كثافة الطاقة، ولكن أيضا بسبب انخفاض استهلاك الطاقة، وعروض لإدارة الحرارية أسهل.

ما هو تحويل نسبة ثابتة؟

يعمل مع تحويل نسبة ثابتة محول مماثل، ولكن لا أن ينفذ تحويل AC-AC، ولكن تحويل DC-DC، والجهد الناتج هو نسبة ثابتة من المدخلات الجهد DC. كما هو الحال مع محول، المحول لا يوفر تنظيم انتاج التيار الكهربائي، ومدخلات الانتاج محول "نسبة يتحول" يتم تحديدها من قبل الجهاز. وأعرب يسمى عامل K نسبة يتحول ككسر من الجهد تنحى بالنسبة لقدرته. عامل K من K = 1 إلى K = 1/72 المدى، يمكن اختيارها وفقا لهيكل وتصميم مواصفات المنظمين PDN بول.

لوحة A: في اتجاهين مبدأ العمل من نسبة ثابتة من المحول. يستخدم باك تحويل K = 1/16 أيضا بمثابة دفعة تحويل K = 16/1.

PDN الجهد هو عادة ما يكون الجهد المنخفض (LV)، وارتفاع الجهد (HV) والجهد العالي جدا (الفائق).

 

نسبة ثابتة فئة تحويل الجهد

 

LV

 

48V، 28V أو 24V

 

HV

 

380V، 270V

 

UHV

 

800V، 600V، 540V

قد تكون معزولة ثابتة تحويل نسبة أو قد لا تكون معزولة، ولكن أيضا لتحقيق تدفق الطاقة ثنائي الاتجاه من خلال تحويل الجهد العكسي. على سبيل المثال، لدعم اتجاهين وظيفة K = 1/16 قد تكون دفعة تحويل K = 16/1 لتحويل نسبة ثابتة.

مرونة التصميم الإضافية على سهولة موازية (لتلبية متطلبات الطاقة من أعلى سلطة) وخيارات الإخراج سلسلة تحويل (عن طريق تغيير عامل K فعالة لتوفير أعلى انتاج التيار الكهربائي) وما شابه ذلك.

FIG B: BCM تحويل بالتوازي سهلة لتلبية متطلبات الطاقة العالية.

ارتفعت احتياجات الطاقة من العديد من الأسواق نهاية والتطبيقات بشكل حاد، وبالتالي فإن شبكة الطاقة يشهد تغييرات كبيرة. ويرجع ذلك إلى زيادة الأداء وارتفاع مستوى الميزات الجديدة، يتم استخدام PDN الجهد العالي (مثل 48V) في السيارة الكهربائية، وعلى ضوء الهجين والمكونات في الهجين. 48V تلبية متطلبات النظام العديد من المعايير الكهربائية منخفضة الجهد سلامة (SELV)، ومعادلة القوة بسيطة P = V I PLOSS = I2R وأيضا أظهرت كفاءة أعلى من PDN سبب ارتفاع ضغط.

FIG C: سلسلة الإخراج إلى زيادة الجهد الناتج من BCM لتحقيق أعلى مرونة التصميم.

لمستوى طاقة معين، مقارنة مع نظام 12V، 48V النظام الحالي هو 1/4 الى 1/16 خط الطاقة المنخفضة. في تيار 1/4، وكابل وموصل يمكن أن يكون أصغر وأخف وزنا، والتكلفة ستكون أقل. 48V طاقة البطارية لسيارة هجين هي أربعة أضعاف بطارية 12V، قد يكون زيادة القوة تطبيقات نظام السلطة، من أجل الحد من انبعاثات غاز ثاني أكسيد الكربون، وتحسين استهلاك الوقود وزيادة مزايا السلامة والترفيهية الجديدة.

زيادة في رف مركز البيانات الذكاء الاصطناعي (AI)، بحيث احتياجات الحامل لزيادة الطاقة 20KW أو أكثر، 12V PDN استخدام ضخمة وغير فعالة. استخدام 48V PDN، يتوفر مع السيارات الهجينة بنفس المزايا. في تطبيقات مركز السيارات والبيانات، فمن المستحسن للحفاظ على الحمل الأصلي و12V POL باك منظم يستخدم لتقليل الحاجة إلى تعديل محتويات.

وهناك نسبة ثابتة باستخدام محول غير معزولة في حل المشاكل العملية

الامتثال 48V مع SELV القياسية، وتحويل غير معزول نسبة ثابتة 48V إلى 12V DC-DC مرحلة تحويل مثالية، لأن الحالي المنظم بول 12V يمكن أن تستجيب للتغيرات في التيار الكهربائي الإدخال. غير معزولة وغير المنظم تحويل نسبة ثابتة هو الأكثر كفاءة تحويل الحافلات عالية الطاقة، ويمكن تحقيق انخفاض استهلاك الطاقة، وارتفاع كثافة الطاقة وانخفاض التكلفة. هذا يساهم في أحدث عالية الكثافة العمارة توزيع الطاقة الكهربائية للسيارة هجينة الموزعة، حيث نسبة ثابتة من المحولات غير معزولة يمكن التخلص بجانب الحمل، وبالتالي أصغر أقصى المدى حول السيارة، وأكثر كفاءة 48V PDN. في خادم نصلي، هذا صغيرة معزولة غير تحويل 48V إلى 12V ثابت يمكن ترتيب نسبة على مقربة الهيكل لالمنظم باك.

تم تصميم العديد من المعجلات AI جديدة (مثل SXM وخطة الحوسبة المفتوحة (OCP) بطاقات العضوية OAM نفيديا) مع مدخلات 48V، لأن مستويات طاقة المعالج AI بين 500 إلى 750W. استخدام جعل 12V PDN لا يزال في سحابة الرف وحة الكترونية معززة في الحوسبة وشركات الخادم استخدام هذه البطاقة عالية الأداء، ونحن بحاجة إلى تنفيذ 12V التحول إلى 48V. في هذه مسرع (أو أعلى سلطة في وحدة 12V توزيعها على 48V) لزيادة وثنائية الاتجاه K = 1/4 تحويل نسبة معزولة غير ثابتة، كما 12V إلى 48V دفعة تحويل (K = 4/1 )، ويمكن وظائف AI الرف بسهولة إلى النظام القديم.

السلطة 48V من النظام الأصلي: D في FIG.

VICOR NBM2317 يمكن تحويلها إلى بكفاءة 48V 12V، 12V يمكن أيضا تحويلها إلى بكفاءة 48V، لأن NBM هو محول ثنائية الاتجاه. لوحة الدوائر ثنائية الاتجاه يمكن أن تكون متكاملة في البنية التحتية 48V الحالية، ولكن أيضا أحدث GPU يمكن إدماج 12V رف القائمة.

كيفية تلبية احتياجات العزلة وتطالب التطبيقات عالية الجهد

السيارات الكهربائية

في التطبيقات السيارة الكهربائية، ويحدد الطلب على الطاقة للبطارية الجهد يجب أن يكون أعلى بكثير من سيارة 48V الهجين الحالية، والخيار عادة 400V. تحويل 400V إلى 48V، وتحميل توزيعها على توليد القوة والهيكل مختلف حولها. لدعم شحن سريع، يتم شحن البطارية عن طريق توفير تنظيم 400V 800V من الناتج العاصمة من محطة شحن 800V إلى تحويل 400V.

FIG E: 48V يتم ترتيب بنية موزعة من شأنه أن يخفض تعدد تحويل الطاقة أصغر في وثيقة موقف لتحميل 12V.

في 400V / 48V و800V / 400V التطبيقات، نظرا لمتطلبات الطاقة العالية، ويمكن استخدامها بشكل فعال مع كثافة الطاقة العالية، معزولة في 98 أو أكثر كفاءة K: 1/8 (400/48) وK: 1/2 ( 800/400) نسبة ثابتة مجموعة موازية محول. ويمكن توفير محول منظم أمام أو خلف المسرح نسبة ثابتة. كثافة الطاقة غير المنظمة ومكاسب في الكفاءة، وليس فقط تأثير هذا الموقف في هذه التطبيقات عالية الطاقة هي كبيرة، ولكن أيضا يبسط إدارة الحرارية.

الحوسبة عالية الأداء

عالية الأداء الحوسبة (HPC) نظام الرف مستوى الطاقة عموما أعلى من 100KW، وذلك لاستخدام الرئيسي 380VDC PDN. في هذه التطبيقات، K: 1/8 وK: 1/16 الثابتة نسبة تحويل معزولة أو دمجها في خادم نصلي، 48V أو 12V السلطة التي قدمت إلى لوحة توزيع الكهرباء من خلال رف بطاقة الميزانين. ثم يتم توفير المنظمين POL إلى بنية رفيع المستوى من متعدد المراحل تحويل باك 48V 12V مجموعة أو أعلى كفاءة. كثافة وكفاءة تحويل نسبة ثابتة مرة أخرى تلعب دورا هاما في تحقيق مثل هذه العمارة PDN عالية الأداء.

UAV المربوطة

حاجة أخرى من التطبيقات العزلة عالية الجهد لطائرات بدون طيار المربوطة. قد يكون المربوطة UAV قوة طول الحبل أكثر من 400 متر، يجب تقديم الطائرات بدون طيار والحفاظ عليها من أجل تحقيق ارتفاع طيرانه. 800V باستخدام الجهد العالي، وربما يتم تخفيض كبير الحجم والوزن وتكلفة هذه ضخمة خط إمدادات الطاقة، والتي يمكن أن تحقق أعلى UAV الأداء. ثابتة على متن تحويل نسبة (عادة K = 1/16) لتحويل 48V، يوفر حل فعال جدا للالحد الأدنى من القوة، وتكون كافية لتلبية الاحتياجات من المنتجات الالكترونية وحمولة المحمولة جوا الفيديو.

. FIG F: كلما زاد الجهد، وأخف وزنا من الأسلاك، وارتفاع الطائرات بدون طيار للتحليق المربوطة.

5G الاتصالات

الآن، في جميع أنحاء العالم في تحسين راديو 4G وهوائي أبراج 4G 5 مرات من قبل الأجهزة أحدث نظام 5G. 4G PDN إلى 48V، زودت الطاقة الأرضية من النظام عن طريق كابل. معدات جديدة 5G، ومستويات السلطة تحسنت بشكل ملحوظ، إذا كان PDN الذي سيعقد في 48V الجهد، وسوف تكون كبيرة جدا في قطر، والسلك يكون ثقيلا جدا. الاتصالات تدرس استخدام مزايا 380VDCPDN لخفض كبير في حجم كابل. نسبة ثابتة K 1/8 تحويل ثنائي الاتجاه في وضع دفعة، يمكن للنظام إمدادات الطاقة توفير إمدادات الأرض 48V، 380V (K: 8/1) إلى سماء المنطقة. 4G و 5G 48V إلى 380V المنظمين نظام تحويل النفقات العامة، ويمكن الحصول ليس فقط على العرض 48V السلطة، ولكن أيضا في خفض تكلفة إمدادات الطاقة 380V الأسلاك غرامة.

يوفر ثابت تحويل نسبة تصميم درجة عالية من المرونة لتطبيقات عالية الأداء PDN

الطلب على الطاقة عالية الأداء في الارتفاع. عدة على مستوى مرتفع الشركات وعالية الأداء والحوسبة نظم والاتصالات والبنية التحتية للشبكة، المركبات الذاتية، وعدد كبير من التطبيقات النقل فقط بحاجة الى مزيد من الطاقة، والصناعة ذات النمو المرتفع. هذه الأسواق لديها سمة مشتركة: كل سوق لديه الطلب الكبير على الكهرباء، فإنها يمكن أن تحل على الاستفادة من مخطط صغير كثافة عالية الطاقة DC-DC تحويل، وتوفير مساحة والوزن. أنظمة الطاقة المهندس يتعين على تحويل نسبة ثابتة باعتبارها حلولا مهمة المرن عالية لتحقيق أعلى أداء PDN، من أجل اكتساب ميزة تنافسية من حيث الأداء العام للنظام.

الكاتب فيل ديفيس، نائب الرئيس للمبيعات العالمية والتسويق شركة VICOR