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分布式电源系统设计 2008-3-7 14:24:00 分布式电源系统不再使用统一的直流电源给系统供电，而是对系统中不同 设备、不同电路板、甚至对同一电路板上不同的电路采用不同的电源供电。系 统中低频电路和高频电路，小电流负载和大负载供电线路完全分离。特别在低 电压大电流负载时，采用较高电压传输到负载附近再用DC—DC 变换模块降压 供给负载。系统中各电路的电源相对独立，减少了大电流传输线路，使系统的 总效率有一定的提高，并且对可靠性和电磁兼容性问题也比较容易解决。 一、分布式电源系统结构 分布式电源系统可分为交流分布和直流分布两种基本结构。每一种结构都 可以采用不同的变换模块在深度和广度两个方面扩展，当然两种结构也可以互 相渗透。 (一)交流分布式电源系统 交流分布式电源系统由多个AC—DC 变换模块组成，每一块电路板或一个 装置拥有一个AC—DC 变换模块，典型结构如图9—30 所示。这种结构比较昂 贵，因为每一个AC—DC 变换模块都需具有整流滤波及抑制电磁干扰电路，也 意味着交流电源线围绕整个系统，增加了电磁干扰敏感程度和安全问题。然 而，在某些情况下这种结构可能是正确的方案。例如，某电信设备制造厂利用 这种结构给某栋楼房中的电信设备供电。每层楼使用一个AC—DC 模块，配电 结构如图9—31 所示。这种结构也应用于某电脑生产厂家的文件服务器中，如 图9—32 所示。图中CPU 板和每一个磁盘驱动器都使用一个AC—DC 模块电 源。 (二)直流分布式电源系统 直流分布式电源系统是应用最广泛的一种结构。它一般包含一个交流前端 AC—DC模块(或者多个前端模块并连，也可使用冗余技术)，前端模块将交流 电压变换成24、48V或300V的直流电压，形成直流分布总线。利用直流总线 传输到系统中每一个负载板上，由负载板上的DC—DC变换模块再来产生负载 需要的直流电压。这种DC—DC变换可能需要多次。例如，某负载板上需要5 V和2．1V两种直流电压，5V电压可利用一个DC—DC模块从48V总线获 得，2．1V电压用另一个DC—DC模块从5V电压获得比较好。应该注意，在 典型的电信设备中，前端模块不一定见到，因为48V直流总线也许从很远的地 方传来，或许是由电池提供。直流分布式电源系统典型结构如图9—33所示。 直流分布式电源系统可根据系统的实际需要，采用如图9—34所示的三种 分布方式之一。图9—34a采用按层分布方式，系统中的每一层设置一组DC— DC模块，为该层所有逻辑电路板或外围设备供电。图9—34b采用按功能分布 方式，系统中每一种功能部件采用一组DC—DC模块供电。图9—34c采用单 板分布方式。系统中每一个逻辑板或磁盘驱动器都由自己的DC—DC模块提供 合适的电压、电流。例如，前面提到的文件服务器采用交流分布式电源系统， 其实也可以采用直流分布式方案。下面我们给两种不同规模的文件服务器采用 单板分布方案设计电源系统。中规模文件服务器包含一个CPU板和28个磁盘 驱动器，分4层安装(每层7个驱动器)，电源总功率小于750W；高端文件服务 器包含一个CPU板和56个磁盘驱动器，分8层安装，电源总功率小于1500 W。两种文件服务器可采用相同类型的模块电源和同一方式的电源系统，只是 模块电源的数量不同而已，因此，可节省相当大的开发时间和论证费用。首 需要750W的交流前端AC—DC模块将交流电源变换成48V直流电源。为了 提高可靠性采用N+1冗余方案，中规模文件服务器前端模块需要1+1冗余，高 端文件服务器前端模块需要2+1冗余。其次，给CPU板和每一个磁盘驱动器 配置一个30W双路输出DC—DC模块就可以了。当然，对系统中每一个磁盘 驱动器也可以使用N+1冗余方案，由于成本太高，如非特别需要一般不用。 二、分布式电源系统特点 (一)分布式电源系统的主要优点 (1)安全可靠性高 由于各部分电源相对比较独立，采用冗余技术或备用电 池比较方便，局部电源功率较小，散热及安全保护措施也容易实现，部分电源 出现故障不大会影响整个系统正常运行。 (2)适应性强 由于将整个电源系统化整为零，各部分电源选择比较灵活， 容易实现最佳配置。而且，同一设计方案，稍加修改可用于其他系统。更突出 的是，如果在系统设计后期需要修改方案，也只是局部修改，不必重新设计整 个系统，使系统重构容易并且减少许多浪费。 (3)系统效率高，输出电压稳定性好 由于减少了低电压、大电流直流输出 线路，线路损耗低，系统效率必然提高。各个负载所需要的电源就