您需要了解什么?
當前應用實踐通過下列途徑提高性能:
•增強處理能力;
•提高通信速率;
•延長運行速率;
•增添外設;
•增大扭矩;
•增大LED亮度。
實現“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,這就是為什么越來越多行業從常規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損耗可能會對系統效率不利,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載的功率。例如服務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,則分配給多個服務器處理器所增加的功率,會產生更多的損耗。不只是服務器,任何增大電源的設計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換器與較低電壓轉換器對比,高壓配電方案實際上會降低整體效率,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,而且還可利用能實現與較低電壓轉換器相似或更優異的效率、成本和尺寸/重量指標的較高電壓轉換器。
電話是肇始……
我們應該感謝現代電話和電話交換機的發展,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生的損耗(以工作電壓的百分比計)更低、標準線要求更少、電池備份(也是因為負參考電壓為48V)簡單,而且該電壓水平很安全。
何為新48V?安全嗎?
許多人把在通信領域外使用48V看作“新48V”,因為它是正電壓,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。與12V應用相比,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域?
據報道，48V當前廣泛用于數據中心、汽車、LED照明、工業設備乃至電動工具等領域。48V現在無處不在,可以說48V就是新的12V。數據中心大規模采用“新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鍵。隨著對人工智能關注的激增,計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12V供電并保持效率帶來了切實的挑戰。因此,工程師轉而采用48V配電,以實現更高水平的配電,克服這些挑戰。
Google采用48V
使用48V的實例之一就是Google。Google工程師在2017應用電源電子大會(APEC2017)和2017開放式計算項目大會(OCP2017)上公開討論了48V在其數據中心的優勢和成本節省。另外在2017年的綠色500強中一個在超算大會亮相的48V方案是個亮點。
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。該公司在其整個計算機系統中均使用48V配電。
商業LED面板亮度更高,成本更低
有沒有想過時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。設計這些全新面板的工程師正轉而使用48V配電,旨在提高效率的同時,縮減電線尺寸及重量。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,一個陣列較小的面板可裝配在一起,形成亮度更高、更經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
消費類及專業電池供電工具也遵循類似的趨勢,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現更長的運行時間和更大的扭矩。*電動工具的電池發展過程是這樣的:從大約9V到大約12V,再到大約18V到大約20V,然后再到大約24V,到現在的48V和60V。
走進任何一家家居中心,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,有的來自知名度較低的Greenworks等新興企業。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。
帶動汽車使用48V
在現有內燃機車輛基礎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,無法全面運行車內的所有功能。48V方案現已證明,是最高效率的替代方案。
為機器人及工業設備供電
工業設備涵蓋的產品眾多,它們正在充分發揮48V的優勢,其原因也是為了提高功率。
•KivaSystems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產品的電線尺寸,以通過更細的電線來提高更大的功率。
•CAT提供48V倉庫自動裝卸車。48V應用的其它實例還有過程控制,制造設備和工廠自動化設備。
48V就是新12V
如果需要更大功率,請考慮48V配電。工程師發現只采用12V配電增加功率導致的損耗正制約著他們的系統。與12V系統相比,今天的增強型48V轉換器/穩壓器可實現高效率、低成本和小尺寸/輕量級優勢。許多電源設計正在采用可直接從48V轉換為負載電壓,無需先穩壓至12V的單個穩壓器替換多個中間級穩壓器,進而從中獲得更多的優勢。
48VDC/DC過去幾年得到了長足發展,現已有多家組件供應商提供48V解決方案。Vicor提供的48VDC/DC穩壓器和隔離式轉換器通過其幾項專有設計技術刷新了效率、密度和成本性能,這些技術包括:
•零電壓開關等高效率開關拓撲
•可實現SM-Chip封裝等高密度電源封裝的3D封裝技術
此外,正在設計48V系統的工程師還可借助Vicor的在線選擇/設計工具,縮短設計時間并確保優化的解決方案。
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