IT設備直流供電

人們往往會產生一種誤解，認為交流正弦波是最理想的一種供電波形。在傳統的發電技術和輸變電技術中，對於電力的生產和傳輸的確如此，然而，對於用電設備來說，特別是IT 類（Information Technology，IT）的計算機設備，卻是不正確的認識。正弦波經過整流濾波後產生的各次諧波構成了對計算機現實和潛在的威脅。在整流電路之後接入濾波電路，目的就是為了去除各次諧波，這充分說明，IT 類計算機設備真正需要的是正弦波中的直流分量，而不是其中包含的各次諧波。在直流供電技術中，直流電源系統所提供的直流不包括任何諧波分量。因此，對於IT 類計算機設備而言，直流是一種最理想的供電方式。

類別：通信用直流供電系統

特點：可靠性高，質量穩，經濟性好，靈活性強

IT 設備的電源模組

計算機內 ATX 開關電源的原理如圖1 所示。從電子電路原理上分析，只要在設備電源的交流輸入端沒有串聯電容的隔離或串聯互感式電感線圈的短接，都是可以採用直流供電的。由此可知，IT 設備中絕大部分是可以採用同電壓等級的直流電源替代交流電源供電的。

圖 1 計算機內ATX 開關電源的原理

一種 ATX 標準電源的電路分析如圖2 所示。

一種 SSI 標準的伺服器電源基本工作電路如圖3 所示。

將圖 3 簡化後得到圖4。交流電源輸入後，先由電感、電容組成的EMI 濾波器進行濾波，然後經整流濾波成直流。實際上在交流輸入的時候，在正半周，電流的走向是從A—>2—>C—>D—>4—>B；在負半周的時候，電流的走向是從B—>3—>C—>D—>1—>A，整流管1、3 和2、4 輪流導通。

圖 2 ATX 開關電源電路分析

圖 3 SSI 標準的伺服器電源的基本工作電路

圖 4 SSI 標準的伺服器電源的工作原理示意

IT 設備直流供電原理

實際上，可以將直流電源輸出的直流電從原來的交流電入口處直接接入用戶設備，不必對原設備進行任何改動即可供電，如圖5 所示。

圖5 “市電側整流濾波”電路可通過直流電

IT 設備的輸入是開關電源的全橋整流器如圖6 所示，是專為交流電源設計的，交流電的正半周時二極體D1、D4 導通，負半周時二極體D2、D3 導通，在電容上形成300V的直流電壓。只有當輸入正弦波電壓超過電容電壓時，輸入才有電流，這不僅使輸入電流呈脈衝狀態，在輸入端產生大量高次諧波（THDI>30%），輸入功率因數低（PF=0.7），還會使電容電壓有較大的紋波，電壓紋波是直流電容發熱和損壞的最主要原因。

圖 6 IT 設備開關電源輸入電路

既然輸入整流器是在正負電壓交替（周期10ms）的情況下工作，自然地就認為既可以在連續正電壓下工作，也可在連續負電壓下工作。直流正電壓輸入時二極體D1、D4持續工作，直流負電壓輸入時二極體D2、D3 持續工作。因為輸入電流成為平滑的直流，不僅從根本上消除了高次諧波電流，輸入不再需要無功功率，電流峰值降低到原來的1/3，還使直流電容電壓不再有紋波電壓，改善了直流電容工作的環境，也有利於改善後面DC/DC 變換器的工作，這對延長直流電容和DC/DC 變換器的壽命是絕對有益的。

交流伺服器電源通常通過一個 PFC 電路做有源功率校正後，再經DC/DC 變換電路轉換為12V、5V 和3.3V 等電壓，作為PCB 的供電電源。由於交流220V 供電和供電的差異對電源的影響主要在PFC 級之前，這裡不再闡述DC/DC 級之後的電路結構。

型的高頻開關電源模組PFC 級之前的電路結構如圖7 所示，其中，L1、L2 和 C1、C2、C3 為EMI 濾波電感和電容；R 是軟啟動電阻，用於防止伺服器上電時輸入的較大衝擊電流。軟啟動結束後，通過繼電器將軟啟動電阻短路，減小損耗，D1～D4 為整流橋，L3、S1 和D5 為PFC 電路的電感、開關管和二極體，C4 為母線電容，為後面的DC/DC 電路提供所需要的直流電壓。從圖2-7 的電路拓撲中可以看到，伺服器採用交流還是直流供電，對伺服器本身的影響都只集中在前級PFC 電路上，對於後面的DC/DC 而言是完全一樣的。

圖 7 伺服器高頻開關電源模組電路拓撲結構