您需要了解什么?
當(dāng)前應(yīng)用實(shí)踐通過下列途徑提高性能:
•增強(qiáng)處理能力;
•提高通信速率;
•延長運(yùn)行速率;
•增添外設(shè);
•增大扭矩;
•增大LED亮度。
實(shí)現(xiàn)“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,這就是為什么越來越多行業(yè)從常規(guī)12V配電轉(zhuǎn)而采用更高電壓的48V配電的原因所在。
為什么使用48V?
系統(tǒng)內(nèi)的I2R損耗可能會對系統(tǒng)效率不利,而且鑒于線纜、連接器和/或PCB的限制,可能還會顯著降低提供給負(fù)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,則分配給多個(gè)服務(wù)器處理器所增加的功率,會產(chǎn)生更多的損耗。不只是服務(wù)器,任何增大電源的設(shè)計(jì)的損耗都會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(zhuǎn)換器與較低電壓轉(zhuǎn)換器對比,高壓配電方案實(shí)際上會降低整體效率,提高成本并增大尺寸/重量。但轉(zhuǎn)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(xiàn)與較低電壓轉(zhuǎn)換器相似或更優(yōu)異的效率、成本和尺寸/重量指標(biāo)的較高電壓轉(zhuǎn)換器。
電話是肇始……
我們應(yīng)該感謝現(xiàn)代電話和電話交換機(jī)的發(fā)展,它們是最早使用48V電壓的應(yīng)用。和您預(yù)想的一樣,通信行業(yè)以48V為標(biāo)準(zhǔn),如今仍然使用48V電壓。為什么?它更高效,因?yàn)殡S距離變化而產(chǎn)生的損耗(以工作電壓的百分比計(jì))更低、標(biāo)準(zhǔn)線要求更少、電池備份(也是因?yàn)樨?fù)參考電壓為48V)簡單,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看作“新48V”,因?yàn)樗钦妷?無抗雷擊或浪涌要求,而且一般限定在30V至60V的更小范圍內(nèi)。與12V應(yīng)用相比,低于60VDC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(jù)報(bào)道，48V當(dāng)前廣泛用于數(shù)據(jù)中心、汽車、LED照明、工業(yè)設(shè)備乃至電動工具等領(lǐng)域。48V現(xiàn)在無處不在,可以說48V就是新的12V。數(shù)據(jù)中心大規(guī)模采用“新48V”數(shù)據(jù)中心和超級計(jì)算機(jī)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(jì)算中心的關(guān)鍵。隨著對人工智能關(guān)注的激增,計(jì)算解決方案要求處理器能跟上不斷增長的功率需求。
然而,提供更高處理器電源給使用傳統(tǒng)12V供電并保持效率帶來了切實(shí)的挑戰(zhàn)。因此,工程師轉(zhuǎn)而采用48V配電,以實(shí)現(xiàn)更高水平的配電,克服這些挑戰(zhàn)。
Google采用48V
使用48V的實(shí)例之一就是Google。Google工程師在2017應(yīng)用電源電子大會(APEC2017)和2017開放式計(jì)算項(xiàng)目大會(OCP2017)上公開討論了48V在其數(shù)據(jù)中心的優(yōu)勢和成本節(jié)省。另外在2017年的綠色500強(qiáng)中一個(gè)在超算大會亮相的48V方案是個(gè)亮點(diǎn)。
綠色500強(qiáng)是對最高效高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的排名。今年的綠色500強(qiáng)前五名中的四名均是日本公司PEZY設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。該公司在其整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中均使用48V配電。
商業(yè)LED面板亮度更高,成本更低
有沒有想過時(shí)代廣場一夜的照明成本是多少?這些巨大戶外LED屏幕的尺寸及電源需求近10年來一直在呈指數(shù)級增長。
LED面板性能不斷提高,帶來了更高的LED像素密度及亮度。設(shè)計(jì)這些全新面板的工程師正轉(zhuǎn)而使用48V配電,旨在提高效率的同時(shí),縮減電線尺寸及重量。除了提高效率,這些更大規(guī)模的設(shè)施還能從更輕的重量和輕松的安裝中獲益。今天,一個(gè)陣列較小的面板可裝配在一起,形成亮度更高、更經(jīng)久耐用的統(tǒng)一顯示屏,其可降低運(yùn)輸與安裝難度。對于零售商店壁掛式顯示屏和交通運(yùn)輸中心信息顯示屏使用的AC配電,48V配電也可成為成本更低、更加安全的替代方案。
電動工具急需更大的扭矩
消費(fèi)類及專業(yè)電池供電工具也遵循類似的趨勢,轉(zhuǎn)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(xiàn)更長的運(yùn)行時(shí)間和更大的扭矩。*電動工具的電池發(fā)展過程是這樣的: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(xiàn)在的48V和60V。
走進(jìn)任何一家家居中心,您都能找到各種60V電池的電動工具,有的來自DeWalt等知名企業(yè),有的來自知名度較低的Greenworks等新興企業(yè)。同樣,您還會找到各種較輕的庭院電動工具,如Snapper的高性能60V鏈鋸和割草機(jī)。
帶動汽車使用48V
在現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)車輛基礎(chǔ)上適度增加一些組件,輕型混合動力車的燃油效率就能提高10%以上。汽車工程師(例如Delphi的汽車工程師)正在輕型混合動力車中使用48V配電方案,以通過在“啟停”工作中的“停止”階段為輔件供電,減輕內(nèi)燃機(jī)的負(fù)荷。最初的設(shè)計(jì)采用純12V電池方案,但系統(tǒng)在停止階段供電不足,無法全面運(yùn)行車內(nèi)的所有功能。48V方案現(xiàn)已證明,是最高效率的替代方案。
為機(jī)器人及工業(yè)設(shè)備供電
工業(yè)設(shè)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。
•KivaSystems是一種用于大型倉庫的機(jī)器人執(zhí)行系統(tǒng),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)品的電線尺寸,以通過更細(xì)的電線來提高更大的功率。
•CAT提供48V倉庫自動裝卸車。48V應(yīng)用的其它實(shí)例還有過程控制,制造設(shè)備和工廠自動化設(shè)備。
48V就是新12V
如果需要更大功率,請考慮48V配電。工程師發(fā)現(xiàn)只采用12V配電增加功率導(dǎo)致的損耗正制約著他們的系統(tǒng)。與12V系統(tǒng)相比,今天的增強(qiáng)型48V轉(zhuǎn)換器/穩(wěn)壓器可實(shí)現(xiàn)高效率、低成本和小尺寸/輕量級優(yōu)勢。許多電源設(shè)計(jì)正在采用可直接從48V轉(zhuǎn)換為負(fù)載電壓,無需先穩(wěn)壓至12V的單個(gè)穩(wěn)壓器替換多個(gè)中間級穩(wěn)壓器,進(jìn)而從中獲得更多的優(yōu)勢。
48VDC/DC過去幾年得到了長足發(fā)展,現(xiàn)已有多家組件供應(yīng)商提供48V解決方案。Vicor提供的48VDC/DC穩(wěn)壓器和隔離式轉(zhuǎn)換器通過其幾項(xiàng)專有設(shè)計(jì)技術(shù)刷新了效率、密度和成本性能,這些技術(shù)包括:
•零電壓開關(guān)等高效率開關(guān)拓?fù)?/p>
•可實(shí)現(xiàn)SM-Chip封裝等高密度電源封裝的3D封裝技術(shù)
此外,正在設(shè)計(jì)48V系統(tǒng)的工程師還可借助Vicor的在線選擇/設(shè)計(jì)工具,縮短設(shè)計(jì)時(shí)間并確保優(yōu)化的解決方案。
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