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通常采用一个PFC电路将交流经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变换电路转换为12V、5V和3.3V的电压。(本文主要谈论220Vac和270Vdc供电的差异,这对电源的主要影响在PFC级之前,因此不再阐述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,其中,L1、L2和 C1、C2、C3为EMI滤波电感和电容,R是软启动电阻,用于防止服务器上电时输入有较大的冲击电流。软启动结束后,通过继电器将软启动电阻短路,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,为后面的DC/DC电路提供所需要的直流电压。从下面的拓扑中可以看到,服务器采用交流还是直流供电,对服务器本身的影响都只集中在前级PFC电路上。
图1 高频开关电源电路结构
因此,如果想要用高压直流替代UPS作为服务器的供电电源,需要关注以下方面:
1、交流输入电压范围和直流输入范围,特别是直流输入下最低工作电压
2、启动电流比较:交流和直流输入下的启动电流波形
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、软启动电阻的风险分析:分别在220Vac和270Vdc下的软启动电阻两端的波形
6、PFC二极管电压电流、PFC母线电压、母线电容的波形等
下面我们逐条分析。
2.1直流电压范围的确定
目前服务器为了兼容不同国家和地区的电网,输入范围可能在90~264Vac,因此,根据交流经过整流后的平均值
来计算,其直流电压的输入范围可以为114~336Vdc。而通常高压直流的输出范围在210~290Vdc之间,正常电压为270Vdc,因此在服务器电源的欠压保护电压和过压保护电压的范围内,可以保证服务器的正常工作。
2.2整流桥的电压应力
从上面的图1可以看到,在交流电的正半周,输入电流流经整流桥的D2和D4,二极管D1和D3承受反向电压,反向电压的最大值即等于交流电压的峰值。如果按照交流额定电压220Vac计算,此时D1和D3上承受的反向电压最大值为
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