Vicor公司供稿
為什么電源設計轉用 48V？您需要了解什么？ 當前應用通過(guò)下列途徑提高性能： • 增強處理能力 • 提高通信速率 • 延長(cháng)運行速率 • 增添外設 • 增大扭矩 • 增大 LED 亮度 實(shí)現“更多功能”需要提供更多功率。更高功率一般受尺寸和／或重量限制的制約。這就是為什么越來(lái)越多行業(yè)從常規 12V 配電轉而采用更高電壓的 48V 配電的原因所在。 為什么使用48V？ 系統內的 I2R 損耗可能會(huì )對系統效率不利，而且鑒于線(xiàn)纜、連接器和／或 PCB 的限制，可能還會(huì )顯著(zhù)降低提供給負載的功率。 例如服務(wù)器中的處理器功耗從不足 100W 增加到了 200W、300W 乃至更高。如果不使用更高電壓配電或更大銅母線(xiàn)，這分配給多個(gè)服務(wù)器處理器所增加的功率，會(huì )產(chǎn)生更多的損耗。不只是服務(wù)器，任何增大電源的設計的損耗都會(huì )隨電流的平方而增大。 更高電壓的配電可降低 I2R 損耗。例如 48V 配電方案與 12V 配電方案相比，能將功耗銳降 16 倍。損耗降低如此之巨，怎么還會(huì )有人使用低壓（比如 12V）配電方案？ 原因就在于如果將較高電壓轉換器與較低電壓轉換器對比，高壓配電方案實(shí)際上會(huì )降低整體效率，提高成本并增大尺寸／重量。 但轉換器的這些弊端基本已成歷史。今天，工程師不僅可降低 I2R 損耗，而且還可利用能實(shí)現與較低電壓轉換器相似或更優(yōu)異的效率、成本和尺寸／重量指標的較高電壓轉換器。 電話(huà)是肇始......
我們應該感謝現代電話(huà)和電話(huà)交換機的發(fā)展，它們是最早使用 48V 電壓的應用。和您預想的一樣，通信行業(yè)以 48V 為標準，如今仍然使用 48V 電壓。 為什么？它更高效，因為隨距離變化而產(chǎn)生的損耗（以工作電壓的百分比計）更低、標準線(xiàn)要求更少、電池備份（也是因為負參考電壓為 48V）簡(jiǎn)單，而且該電壓水平很安全。 何為新48V？安全嗎？ 許多人把在通信領(lǐng)域外使用 48V 看 成“新 48V”，因為它是正電壓，無(wú)抗雷擊或浪涌要求，而且一般限定在 30V 至 60V 的更小范圍內。 與 12V 應用相比，低于 60V DC 限值的電壓按照其處理要求，被視為安全特低電壓 (SELV)。48V 配電方案可在不造成 SELV 問(wèn)題的情況下，最大限度降低 I2R 損耗。 48V目前主要用于哪些領(lǐng)域？ 據報道，48V 當前廣泛用于數據中心、汽車(chē)、LED 照明、工業(yè)設備乃至電動(dòng)工具等領(lǐng)域。48V現在無(wú)處不在，可以說(shuō)48V 就是新的 12V。
數據中心大規模采用“48V” 數據中心和超級計算機的耗電量和對電源的要求堪比小型國家的水平，而且效率是這些高性能計算中心的關(guān)鍵。隨著(zhù)對人工智能關(guān)注的激增，計算解決方案要求處理器能跟上不斷增長(cháng)的功率需求。 然而，提供更高處理器電源給使用傳統 12V 供電并保持效率帶來(lái)了切實(shí)的挑戰。因此，工程師轉而采用 48V 配電，以實(shí)現更高水平的配電，克服這些挑戰。 Google采用48V 使用 48V 的實(shí)例之一就是 Google。Google 工程師在 2017 應用電源電子大會(huì ) (APEC2017) 和 2017 開(kāi)放式計算項目大會(huì )（OCP2017）上公開(kāi)討論了 48V 在其數據中心的優(yōu)勢和成本節省。 另外在2017年的綠色500強中一個(gè)在超算大會(huì )亮相的48V方案是個(gè)亮點(diǎn)。 綠色 500 強是對最高效高性能計算機系統的排名。今年的綠色 500 強前五名中的四名均是日本公司 PEZY 設計的系統。該公司在其整個(gè)計算機系統中均使用 48V 配電。 商業(yè)LED面板亮度更高，成本更低 有沒(méi)有想過(guò)時(shí)代廣場(chǎng)一夜的照明成本是多少？這些巨大戶(hù)外 LED 屏幕的尺寸及電源需求近 10 年來(lái)一直在呈指數級增長(cháng)。 LED 面板性能不斷提高，帶來(lái)了更高的 LED 像素密度及亮度。設計這些全新面板的工程師正轉而使用 48V 配電，以在提高效率的同時(shí)，縮減電線(xiàn)尺寸及重量。 除了提高效率，這些更大規模的設施還能從更輕的重量和輕松的安裝中獲益。今天，一個(gè)陣列的較小面板可裝配在一起，形成亮度更高、更經(jīng)久耐用的統一顯示屏，其可降低運輸與安裝難度。 對于零售商店壁掛式顯示屏和交通運輸中心信息顯示屏使用的 AC 配電，48V 配電也可提供成本更低、更加安全的替代方案。 電動(dòng)工具急需更大的扭矩
消費類(lèi)及專(zhuān)業(yè)電池供電工具也遵循類(lèi)似的趨勢，轉而使用更高的電壓提供更大的功率。更大的功率可為工具實(shí)現更長(cháng)的運行時(shí)間和更大的扭矩。無(wú)線(xiàn)電動(dòng)工具的電池發(fā)展過(guò)程是這樣的：從大約 9V 到大約 12V，再到大約 18V 到大約 20V，然后再到大約 24V，到現在的 48V 和 60V。 走進(jìn)任何一家家居中心，您都能找到各種 60V 電池的電動(dòng)工具，有的來(lái)自 DeWalt 等知名企業(yè)，有的來(lái)自知名度較低的 Greenworks 等新興企業(yè)。同樣，您還會(huì )找到各種較輕的庭院電動(dòng)工具，如 Snapper 的高性能 60V 鏈鋸和割草機。 帶動(dòng)汽車(chē)使用48V 在現有內燃機車(chē)輛基礎上適度增加一些組件，輕型混合動(dòng)力車(chē)的燃油效率就能提高 10% 以上。汽車(chē)工程師（例如 Delphi 的汽車(chē)工程師）正在輕型混合動(dòng)力車(chē)中使用 48V 配電方案，以通過(guò)在“啟�！惫ぷ髦械摹巴Ｖ埂彪A段為輔件供電，減輕內燃機的負荷。最初的設計采用純 12V 電池方案，但系統在停止階段供電不足，無(wú)法全面運行車(chē)內的所有功能。48V 方案現已證明，是最高效率的替代方案。 為機器人及工業(yè)設備供電
工業(yè)設備涵蓋的產(chǎn)品眾多，它們正在充分發(fā)揮 48V 的優(yōu)勢，其原因也是為了提高功率。 • Kiva Systems 是一種用于大型倉庫的機器人執行系統，其正在使用 48V 配電為亞馬遜倉庫提供全方位的支持。 • Advantest 使用 48V 最大限度縮小其 ATE 產(chǎn)品的電線(xiàn)尺寸，以通過(guò)更細的電線(xiàn)提高更大的功率。 • CAT 提供 48V 倉庫自動(dòng)裝卸車(chē)。48V 應用的其它實(shí)例還有過(guò)程控制、制造設備和工廠(chǎng)自動(dòng)化設備。 48V就是12V 如果需要更大功率，請考慮 48V 配電。工程師發(fā)現只采用 12V 配電增加功率導致的損耗正制約著(zhù)他們的系統。與 12V 系統相比，今天的增強型 48V 轉換器／穩壓器可實(shí)現高效率、低成本和小尺寸／輕量級優(yōu)勢。 許多電源設計正在采用可直接從 48V 轉換為負載電壓，無(wú)需先穩壓至 12V 的單個(gè)穩壓器替換多個(gè)中間級穩壓器，進(jìn)而從中獲得更多的優(yōu)勢。 48V DC/DC 過(guò)去幾年得到了長(cháng)足發(fā)展，現已有多家組件供應商提供 48V 解決方案。Vicor 提供的 48V DC/DC 穩壓器和隔離式轉換器通過(guò)其幾項專(zhuān)有設計技術(shù)刷新了效率、密度和成本性能，這些技術(shù)包括： • 零電壓開(kāi)關(guān)等高效率開(kāi)關(guān)拓撲 • 可實(shí)現 SM-Chip 封裝等高密度電源封裝的 3D 封裝技術(shù) 此外，正在設計 48V 系統的工程師還可借助 Vicor 的在線(xiàn)選擇／設計工具，縮短設計時(shí)間并確保優(yōu)化的解決方案。 |
