出于多種原因，通信行業(yè)已將 1U 高電源機架作為為數(shù)據(jù)中心和其他網(wǎng)絡活動數(shù)據(jù)通信相關(guān)設備供電的標準。根據(jù)電子工業(yè)協(xié)會 (EIA) 的 EIA-310-D 標準的定義，機架安裝設備的高度以“U”的倍數(shù)指定，其中 1U 定義為 44.5 毫米（1.752 英寸）。

專為在高密度環(huán)境中輕松使用而設計，機架（有時稱為貨架）的高度略低，以便輕松插入和移除，而不會束縛在相鄰的貨架上。它們在設計時還考慮了冗余架構(gòu)，因此如果其中一個出現(xiàn)故障，可以在不影響設備運行的情況下進行更換。使用四個插入式電源，1U 機架可提供的功率為 10 至 14kW。

憑借這些優(yōu)勢，1U 大功率電源架似乎非常適合在工業(yè)環(huán)境中使用，但在這一領(lǐng)域并沒有得到很大的普及。盡管它們用于一些空間有限、無污染且風扇噪音不是因素的工業(yè)環(huán)境，但 1U 高電源機架往往不太適合工業(yè)環(huán)境。

風扇噪音和壽命

冷卻 2 至 3kW 1U 電源需要通過兩個高速 40mm 風扇進行風扇冷卻。它們發(fā)出非常高的可聽噪聲級，其頻率對人耳來說非常煩人。由于數(shù)據(jù)中心很少有人工操作員長時間在場，因此這不是問題。對于工業(yè)用途——操作員不斷監(jiān)控和使用測試和測量分析儀等設備——這樣的噪音水平是不可接受的。

60mm 風扇可以以較低的速度運行以產(chǎn)生相同的風量，因此可以顯著降低風扇噪音。例如，TDK-Lambda 的多路輸出 QM7 系列采用 60mm 風扇，噪音水平僅為 45.3dBA。具有 40 毫米風扇的類似產(chǎn)品測得 58.9dBA。（請注意，增加 10dBA 相當于感知響度的兩倍。）

此外，工業(yè)環(huán)境通常含有影響風扇壽命的空氣污染物。風扇旋轉(zhuǎn)得越快，由于機械軸承磨損，風扇壽命縮短得越快。

氣流速度越高，吸入電源的污染物（如灰塵和污垢）就越多。最終，如果污染物具有導電性，這將阻塞氣流和/或因電路短路導致產(chǎn)品故障。同樣，2U和3U大功率電源的低速風扇更適合工業(yè)環(huán)境。

冗余需求和使用

電源的冗余配置通常是數(shù)據(jù)通信設備的強制要求，因為數(shù)據(jù)中心連接或手機服務中斷可能會導致嚴重和廣泛的中斷。在冗余模式下，電源主動分享它們提供的電流量，它們通常不會以 100% 的負載水平運行。

例如，在 3+1、2500W 電源配置中，最大負載為 7500W，四個電源各提供 1875W 并以 75% 的容量運行。僅當單元發(fā)生故障并等待更換時，電源才以滿載水平運行。電源的這種降額降低了內(nèi)部溫度，尤其是電解電容器的內(nèi)部溫度，從而提高了電源的使用壽命。考慮到這些電源對成本非常敏感，產(chǎn)品設計應考慮到這些電源不會在 100% 的負載水平下長時間運行。

電源在冗余模式下的運行對于某些工業(yè)用戶來說非常重要，可以最大限度地減少生產(chǎn)停機時間。現(xiàn)代工廠以準時制為基礎運作，多個較小的生產(chǎn)單元為一條主裝配線供電。如果一臺機器在關(guān)鍵路徑上發(fā)生故障，它可能會影響整個工廠。因此，機器制造商通常會在負載電流不平衡且一個單元可能處于零負載的配置中安裝兩個電源，例如TDK-Lambda 的工業(yè)RWS-1500B系列，盡管兩個單元都可以無限期地以 100百分比負載水平。對于更高的功率要求，TDK-Lambda 的工業(yè)級 3000W、84mm 高TPS 系列具有與 1U 數(shù)據(jù)中心電源相同的均流和反向電流保護電路。

電源負載

通常，兩個專用饋電充當數(shù)據(jù)中心的輸入電源（用于冗余）：也就是說，開關(guān)設備用作防止交流 (AC) 線路瞬變的保護，不間斷電源用作備用。當大型相鄰電感設備打開和關(guān)閉時，工業(yè)設備會產(chǎn)生輸入瞬變。數(shù)據(jù)通信設備電源負載通常定義明確且相對靜態(tài)，幾乎沒有劇烈的負載變化。工業(yè)電源可以驅(qū)動感應直流 (DC) 電機、繼電器和電容性負載，所有這些都會給電源帶來壓力。

工業(yè)電源設計必須能夠承受較大的重復輸入和輸出浪涌。印刷電路板 (PCB) 上的走線具有額外的隔離間隙空間以適應更高的電壓，并且輸入濾波器更大以承受更高的電壓瞬變。輸出上的零到 100%、脈沖、電容和電感負載通常會在短時間內(nèi)超過電源的輸出電流率，電源的過流保護電路是唯一的限制。為了處理這些大的峰值電流，半導體和電解電容器必須獲得并聯(lián)額定值。這涉及使用更大、更高的組件，這些組件僅位于高于 1U 的電源內(nèi)。

產(chǎn)品可用性

通信行業(yè)的技術(shù)在不斷發(fā)展，這一趨勢包括 1U 高電源架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)最初需要 48V 輸出電源，但后來遷移到 12V 以驅(qū)動非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心使用高壓 380VDC 輸出運行。這些中心消耗的大量電力需要通過對電源架構(gòu)（包括輸出電壓和尺寸）進行重大更改來提高效率。然而，由于這些產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)，此類調(diào)整可能會導致電源過早淘汰。

包括電源在內(nèi)的工業(yè)設備必須使用 10 年或更長時間。當備用電源不可用時必須重新設計系統(tǒng)會導致長時間停機。與為數(shù)據(jù)中心開發(fā)的大容量 1U 大功率電源不同，工業(yè)電源通常在生產(chǎn)時考慮到小容量、15 到 20 年的生命周期。

結(jié)論

1U大功率電源架因其體積小、使用方便、運行環(huán)境良好等特點，在數(shù)據(jù)中心得到廣泛應用。然而，這些電源架不太適合工業(yè)環(huán)境。相反，包含 2U 和 3U 大功率電源的機架可以滿足更低的冷卻風扇要求、更長的風扇壽命和冗余，以及承受瞬態(tài)電源負載需求。同樣，2U 和 3U 大功率電源（如來自TDK-Lambda的電源）符合工業(yè)產(chǎn)品需求，包括長生命周期、可用性和免維護操作。

審核編輯：湯梓紅