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国际先进研究期刊》的研究在电子、电子、仪表工程

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比较有效的巴克转换器配置的直流电源分配未来的绿色数据中心

信德谢蒂1,即v . Prasanna2s . k .熊猫3
  1. UG的学生,EEE的部门,国家技术学院的卡纳塔克邦,印度1
  2. 研究工程师,ECE称,新加坡国立大学,新加坡2
  3. 副教授,ECE称,新加坡国立大学,新加坡3
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文摘

互联网和网络连通性的需求正推动数据中心的能源消耗。根据DataCenterDynamics 2012年全球人口普查,38瓦全球电力需求增长了63%,高于2011年的24兆瓦。人口普查估计进一步上涨17%在2013年43 gw。是非常重要的,这对能源日益增长的需求满足来自可再生能源的电力供应。FutureData中心的电力SupplyDistribution系统转向直流架构从existingAC架构。在这篇文章中,380 V DCis视为传输电压和48 V dca数据中心内的配电电压。一个有效的380 v巴克48 v直流-直流转换器withless开关和热损失可以降低数据中心的冷却要求。在这个directiona suitableconfiguration comparingTwo -选择阶段,半桥推挽式和全桥转换器基于效率和功率损耗分析。

关键字
Buck变换器、全桥、推拉、两级网格状的,孤立的,直流分布,数据中心

介绍
数据中心取决于AC电源分布从电源功利性权力supplywhich导致效率非常低下。正常运行时间研究所对500个数据中心进行了一次研究,发现平均功率的使用效率(PUE)是1.8这意味着需要1.8千瓦电力800千瓦服务器和w是设备负载消耗的冷却系统。所以由于热损失将导致减少冷却requirementsand因此能源消耗。与可再生能源的渗透thedistributionnetworks,范式转向DC分布数据中心。太阳能和风能等可再生能源可以有效地使用在这种情况下,因为他们可以直接提供直流电源。这减少了使用整流器,谐波的问题,没有必要接口交流电网的可再生能源。直流输电也越来越流行,建立380 V直流distributionvoltage全球兼容。The380 V可以从可再生能源获得供应installingsolar电池板和风力涡轮机的屋顶上数据中心。尽管如今大多数服务器操作12 V直流分布、48 V直流服务器制造和他们在未来可能成为常态。48 V供应也可以运行其他设备加载数据中心冷却风扇和照明。记住这些进步,380 V是distributionvoltage和48 V serversfor数据中心内的配电电压。 This leads to the requirement of an efficient 380 V to 48V DC-DC buck converter to achieve this conversion. The converter can be inside the server or outside (i.e. adapter). If the converter is in the form of an adapter outside the server, then the server size can be reduced and the floor efficiency of the Data Center can be improvedsignificantly. An efficient converter with less switching/thermal losses can also reduce the cooling requirements of the Data Center. In this direction, four existing configurations of the DC-DC buck converter have been compared to decideasuitable converter for this application based on efficiency and reliability.
两级的仿真软件模型,网格状的推拉和全桥在第二部分介绍。在每个小节给出输出电压方程;这些可以用于获取交换机的工作周期。Vin指的是输入电压,输出电压,输出电压,D -责任周期,Ns -变压器次级匝数和Np在变压器初级匝数。第三部分介绍了仿真结果的分析和观察。基于效率和功率损耗曲线,选择全桥最合适的配置及其仿真结果。也是一个比较的四个配置表。第四部分给出了结论和未来的范围。

BUCK变换器模型

答:两级变换器
两级变换器non-isolated转换器,实现在两个stagebuck操作所需的转换。它有四个活跃的开关和可以提供增加到8。主要的缺点是它不提供源和负载之间的隔离。这可以被认为是应用程序的保护/ isolationis不是必需的。两级变换器的仿真软件模型是图1所示的拓扑的说明。输出电压是由Eq。1。
图像

b .半桥变换器
活跃的开关上的电压应力theHalf-Bridge小于全桥和推挽式配置。出现在变压器初级绕组的电压是输入电压的一半。它有两个活跃的交换机也包含两个额外的电容器。
图像

c .推挽式变换器
推挽有中心抽头的变压器的主要规定的电压输入电压的两倍多的两个开关。推挽拓扑面临变压器磁通不平衡的问题如果晶体管和变压器绕组不完全匹配。二次整流侧可以是中心抽头全波整流器或桥式整流器。输出电压方程给出Eq。3。
图像

d .全桥变换器
全桥有四个活跃的开关,开关电压应力不超过输入电压。类似于网格和推拉,全桥拓扑结构也患有变压器饱和问题。通过使用获得的工作周期是情商。4。
图像

分析和观察
计算效率的输出功率与输入功率之比。四个配置的效率曲线从加载40%满载绘制在图5。完整的负载功率是2千瓦。IGBT开关的切换频率设置为20 kHz。输入电压是固定在380 V和所需的输出是48 V。所有的无源元件值尽可能保持相同,保持一致性。分析了稳态特性。
功率损耗计算的输入功率和输出功率之间的区别。满载功率损耗的考虑配置图6所示。
从无花果。5 and6,它可以观察到全桥converterprovides最高的效率比其他三个配置。此外,效率从40%加载之间变化不大满载与其他拓扑。这是非常重要的对于数据中心应用程序在服务器上的负载不断变化。全桥变换器的功率损耗最小为一个完整的负载功率71 w 2千瓦。
特定应用程序的最佳配置取决于许多因素如功率,尺寸,成本等。表我提供了比较各种因素的配置将帮助theselection转换器。
使用四个开关全桥是合理的高功率和高输入应用程序作为整个开关电压应力不超过输入电压。电流模式控制建议缓解变压器饱和问题的全桥和推挽拓扑。
考虑到这些因素,选择全桥变换器直流配电系统为一个高效的数据中心。仿真结果的输出电压、输出电流和全桥变换器的输入电流图7所示。输入电压是380 V和负载电阻R = 2欧姆。

结论
380 V直流输电和48 V直流配电结构被认为是数据中心。达到380 V的48 V直流-直流巴克转换、四个配置即两级、网格状,推拉和全桥进行了分析和比较。完整的桥是发现被认为是最有效的配置2千瓦的功率。未来的工作是针对实现移相控制全桥变换器与ZVS(零电压开关)来减少热损失的总体效率可以提高。

表乍一看
表的图标
表1

数据乍一看
图1 图2 图3 图4
图1 图2 图3 图4
图5 图6 图7
图5 图6 图7

引用
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