距IT设备240V高压直流供电规范的诞生已过三年。现如今，某些电信运营商和一些大型互联网公司，已经有数目可观的IT设备、IDC机房、中心网络和事务渠道选用270V（标称值240V，默认值270V）高压直流供电。高压直流供电都有哪些优点呢？
节能！依据电信运营商的运转数据成果核算，用高压直流代替传统的沟通UPS供电，在UPS整个生命周期内均匀节能大于20%；从新建体系核算数据剖析，高压直流体系代替传统的沟通UPS体系，均匀节省出资大于40%。牢靠！因为高压直流体系结构比UPS体系简略，并且选用了电池直挂输出母线，在进一步进步体系牢靠性的一起，还供给了一个很大的滤波池，给设备带来更为洁净的供电环境。简略！从“通讯电源体系”和“电力操作电源体系”衍生出来的模块化高压直流体系，其运维没有UPS并机所要求的“相同的幅值、频率和相位”等需求，可直接并机扩容，维护操作方法得到简化，倍受各大运营商、互联网公司和设备制造商的高度重视。实在！从实践运转数据上看，设备牢靠性大有进步，毛病率削减了一半。
高压直流带来的详细优点：
1、设备负载率高，加上节能休眠办理，大大进步体系全体功率
2、拓扑简略，电池直接挂母排上，且电源模块N+1冗余，牢靠性高
3、电源模块到达插拔式的便当程度，可在机柜内按需在线扩容
4、并机扩容无沟通电源起伏、相位和频率的同步要求，机柜扩容简略
5、规范机柜设备，能够会集动力池安置，也涣散到网络设备群中安置
6、现场替换毛病电源模块简易，一线运维人员即可操作
可是，现有的服务器等IT设备大都选用沟通220Vac供电，尚无IT设备厂商清晰表态支撑直流270Vdc输入，这势必会影响设备的维保服务。那么高压直流能否可直接使用于现有的服务器而不对服务器的牢靠性产生影响呢？这是运营商和IDC运营企业重视的首要问题，也是限制高压直流使用的一大魔障。
为了剖析这个问题，咱们先来了解一下现在沟通输入服务器等IT设备电源的根本作业原理。因为IT设备都承载重要的数据通讯事务，因而一般都选用高规范的高频开关电源，其首要特点是功率高、体积小、功率因数高、谐波小。
沟通服务器电源一般选用一个PFC电路将沟通通过整流桥整流后的直流电压升压到400V左右的高压，再经DC/DC改换电路转换为12V、5V和3.3V的电压。（本文首要议论220Vac和270Vdc供电的差异，这对电源的首要影响在PFC级之前，因而不再论述DC/DC级之后的电路结构。）高频开关电源PFC级之前的电路结构如图1所示，其间，L1、L2和 C1、C2、C3为EMI滤波电感和电容，R是软发动电阻，用于避免服务器上电时输入有较大的冲击电流。软发动完毕后，通过继电器将软发动电阻短路，减小损耗，D1~D4为整流桥，L3、S1和D5为PFC电路的电感，开关管和二极管，C4为母线电容，为后边的DC/DC电路供给所需求的直流电压。从下面的拓扑中能够看到，服务器选用沟通仍是直流供电，对服务器自身的影响都只会集在前级PFC电路上。
图1 高频开关电源电路结构
因而，假如想要用高压直流代替UPS作为服务器的供电电源，需求重视以下方面：
1、沟通输入电压规模和直流输入规模，特别是直流输入下最低作业电压
2、发动电流比较：沟通和直流输入下的发动电流波形
3、整流桥后的电压比较：220Vac下整流桥后电压，以及270Vdc下的整流桥后电压
4、流经整流桥二极管的电流比较：220Vac下的整流桥二极管电流，以及270Vdc下的整流二极管电流波形
5、软发动电阻的危险剖析：分别在220Vac和270Vdc下的软发动电阻两头的波形
6、PFC二极管电压电流、PFC母线电压、母线电容的波形等
下面咱们逐条剖析。
2.1直流电压规模的确认
现在服务器为了兼容不同国家和地区的电网，输入规模可能在90~264Vac，因而，依据沟通通过整流后的均匀值
来核算，其直流电压的输入规模能够为114~336Vdc。而一般高压直流的输出规模在210~290Vdc之间，正常电压为270Vdc，因而在服务器电源的欠压维护电压和过压维护电压的规模内，能够确保服务器的正常作业。
2.2整流桥的电压应力
从上面的图1能够看到，在沟通电的正半周，输入电流流经整流桥的D2和D4，二极管D1和D3接受反向电压，反向电压的最大值即等于沟通电压的峰值。假如依照沟通额外电压220Vac核算，此刻D1和D3上接受的反向电压最大值为
；在沟通电的负半周时，输入电流流过D1和D3，二极管D2和D4上接受最高311V的电压。而选用额外输出270Vdc的高压直流供电，那么整流桥上接受的反向电压即等于服务器输入的直流电压270V。
图2和图3是选用沟通和直流供电时，整流桥D1上的反向电压和电感L3上的电流比照，从图中能够看到，在沟通230Vac和直流280Vdc输入下，整流桥上二极管接受的反向电压分别为323V和288V，高压直流输入下整流管牢靠性更高。
图2 通道3：Vin=220Vac D1反向电压(100V/格)
图3通道3：Vin=270Vdc D1反向电压(100V/格)
2.3流经整流桥二极管的电流
沟通输入的状况下，整流桥的每个二极管都只在半个周期内流过电流，在沟通正半周时，电流流过二极管D2和D4；在沟通负半周，电流流过D1和D3。假定选用一个通讯电源的整流模块来模仿服务器，整流模块输出53.5V/50A，输入为220Vac时，假定模块的功率为
。那么依据
，能够核算出沟通输入电流的有效值为
整流桥的峰值电流为
考虑40%的峰峰值纹波电流，那么流过整流桥的电流峰值为
整流桥上每个二极管的均匀电流为
假定整流桥二极管的导通压降为1.1V，那么每个二极管的损耗为
整流桥的总损耗为
假如相同负载条件下选用270V的高压直流供电，那么电流只会流过D2、D4(或许D1、D3)，其电流为11A，有效值比沟通220Vac输入下要小。
相同考虑40%峰峰值纹波电流，直流输入时整流桥的电流峰值为13.2A，远小于沟通输入状况。
因为在直流输入时，电流只流过半边整流桥，因而，二极管的电流的均匀值等于输入电力均匀值，假定二极管导通压降仍为1.1V（实践依据二极管伏安特性曲线，高压直流下电流削减压降也会削减，那么导通压降还要低于1.1V），整流桥的总损耗为
因而，关于270V直流输入而言，整流桥二极管的电流不管是有效值、均匀值仍是峰值都要比220Vac下要小，能够进步其牢靠性。尽管直流下两二极管的损耗增加了，可是整个整流桥的损耗仍是减小的，因为四个二极管在同一个封装里共用同一个散热片，那么在相同的散热才能下，相同能够进步其作业牢靠性。
图4是沟通输入时二极管D2电流和D1的反向电压在峰值处打开后的波形；图5是直流输入时二极管D2电流和D1的反向电压在打开后的波形。从图中能够看到，Vin=220Vac时，整流桥二极管最大电流为23.1A，而在直流下为14.3A，考虑丈量误差，该成果与理论剖析根本符合。
图4 通道2：Vin=220Vac D2电流波形(10A/格)
图5通道3：Vin=270Vdc D2电流波形(10A/格)
2.4 PFC二极管的电流
在PFC电路中，开关管S1关断时，电感电流L3流过二极管D5，因而，只需求丈量电感的电流即能够核算出二极管D5的电流巨细，依据图1，输入电流通过整流桥整流后即等于电感L3的电流，不同之处在于沟通输入时，输入电流是一个正弦波，而电感电流的波形为馒头波，其数值巨细是相同的。
因而，依据前面的核算电感L3电流峰值为
下图中(a)为沟通220Vac输入时电感L3电流及二极管D5的反向电压波形，(b)为为电感电流在波峰处的打开波形，从图中能够看到，在S1注册时，电感电流上升，二极管D5截止，此刻电感电流不流过D5，S1关断时，电感电流下降，此刻二极管导通，电感电流流过D5。
此刻，流过二极管的均匀电流可依据下式核算得到，其间Duty()为PFC电路中开关管的沟通输入不同瞬时值下的占空比
依据上式能够得到，在220Vac输入时，整流模块53.5V/50A输出时，二极管D5的均匀值为7.234A。
(a)
(b)
图7 Vin=220Vac时，L3电流和D5反向电压波形
同理，在直流输入时，电感电流相同等于整流二极管的电流，依据前面整流二极管电流的核算，电感电流的最大值为13.2A，因而，二极管D5的峰值电流要比沟通输入时小许多。图8是直流输入时分，电感L3电流和二极管D5反向电压波形。
图8 Vin=270Vdc时，L3电流和D5反向电压波形
相同能够核算直流270V输入时分二极管D5上均匀电流，此刻电感电流是一个直流量，开关管占空比是一个常数，核算成果为7.15A。
从上面的数据来看，交、直流输入时分PFC二极管D5的均匀电流差异不大，而直流输入时D5的峰值电流较小。
2.5 母线电容电压和电流纹波
在沟通输入时，因为需求通过整流二极管整流，整流往后的直流电压会存在100Hz的低频重量，尽管通过PFC电容升压，但并不能彻底消除这个纹波，因而，母线电容电压必定存在100Hz的纹波，这会增大流过母线电容的纹波电流，然后影响母线电容寿数；而在直流输入时，%&&&&&%上纹波电压和纹波电流则不存在100Hz的低频重量。下图是实测成果：
(a)沟通220Vac输入
(b)直流270Vdc输入
图9沟通
