云計算服務的快速普及推動了數(shù)據(jù)流量的急劇增長。這一趨勢預計將持續(xù)下去，2024 年至 2033 年期間的復合年增長率將達到約 20%。網(wǎng)絡設(shè)備，包括路由器和網(wǎng)絡交換機，是適應這一快速增長的關(guān)鍵，在促進互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流動方面發(fā)揮著重要作用。

為了保證大量數(shù)據(jù)的不間斷傳輸和低延遲，網(wǎng)絡設(shè)備需要具備高可靠性和可用性，而電源系統(tǒng)是實現(xiàn)這一目標的基石。雖然 -48VDC是網(wǎng)絡基礎(chǔ)設(shè)施的傳統(tǒng)標準輸入電壓，但網(wǎng)絡設(shè)備通常以正電壓運行。因此，業(yè)內(nèi)使用隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器來將負電壓輸入轉(zhuǎn)換為正電壓輸出。在發(fā)生故障時，這些轉(zhuǎn)換器的冗余設(shè)計對于保持系統(tǒng)正常運行至關(guān)重要。（如圖 1 所示）

圖1：在對電壓和電流有一定要求的典型網(wǎng)絡交換機電源軌配置中，冗余是保證可靠性的重要措施。

寬輸入電壓范圍內(nèi)需要穩(wěn)定的 12V 輸出

網(wǎng)絡交換機通常由外部 -48V 直流電源供電。然而，這一輸入電壓可能會出現(xiàn)顯著波動，范圍在 -36V 至 -75V 之間。DC-DC 轉(zhuǎn)換器必須在此寬泛的輸入電壓變化范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的 12V 輸出電壓。

某些電源模塊可能難以在整個輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的輸出，盡管它們標示的輸入電壓范圍為 -36V 至 -75V。當輸入電壓達到下限時，這些模塊可能無法提供持續(xù)的 12V 輸出電壓。

相比之下，Vicor DCM 模塊能夠在 -36V 至 -75V 的整個輸入電壓范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的 12V 輸出電壓。Vicor DCM3623 通過初級側(cè)的專有 Vicor 控制器 IC 主動調(diào)節(jié)輸出電壓，從而實現(xiàn)這一目標。DCM3623 的輸入電壓與輸出電壓之間的關(guān)系可以通過 Vicorpower.com 上提供的產(chǎn)品仿真工具查看。

Vicor DCM3623E75H13C2T00 是一款高性能 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，非常適合滿足這些苛刻的要求。它具有高功率密度和并聯(lián)運行能力，因此是高密度網(wǎng)絡交換機電源系統(tǒng)的理想選擇，尤其是在大規(guī)模數(shù)據(jù)中心內(nèi)。本文將深入探討該產(chǎn)品的具體特性。

無需額外組件即可擴展功率

為了確保關(guān)鍵信息技術(shù)設(shè)備的連續(xù)運行，冗余電源至關(guān)重要。當多個電源并聯(lián)運行時，電源模塊通常會監(jiān)控輸出電壓和電流，并相互傳遞這些信息以實現(xiàn)輸出均流。此外，還可在輸出端添加 ORing 二極管，以防止由于電源間的壓差引起的反灌電流。通常，電源的并聯(lián)運行需要額外的組件。

然而，Vicor DCM 電源模塊無需額外的組件即可實現(xiàn)并聯(lián)運行（如圖 2 所示）。這是因為該 DCM 內(nèi)置了下垂模式功能，可以實現(xiàn)均流并簡化設(shè)計。

圖 2：并聯(lián)陣列配置能提供可擴展的冗余輸出。

并聯(lián)陣列中的下垂特性

下垂特性是一種控制功能，可根據(jù)模塊條件（如負載電流和內(nèi)部溫度）的變化動態(tài)調(diào)整電源的輸出電壓。

輸出電壓根據(jù)以下公式計算：

VOUT= 12V + 0.6316 x (1 - IOUT/ 26.67) - 1.600 x 0.001 x (TINT- 25) + ΔVOUT-LL

注：該公式僅適用于 DCM3623E75H13C2T00。如需計算其他 DCM 的 VOUT，請參閱相關(guān)的 DCM 數(shù)據(jù)手冊。

術(shù)語定義（見圖 3）：

VOUT= 輸出電壓

IOUT= 輸出電流

TINT= 模塊內(nèi)部溫度（單位：°C）

ΔVOUT-LL= 輕負載升壓期間的額外輸出電壓

在滿載（IOUT= 26.67A）和 25°C 條件下，該模塊的標稱輸出電壓為 12V。

在恒溫條件下，DCM 呈現(xiàn)出 -5.26% 的負斜率負載線關(guān)系，滿載（IOUT= 26.67A）時的輸出電壓低于空載（IOUT= 0A）時的輸出。負載線的電壓差為 0.61V（= 12V × 0.0526）。

該 DCM 內(nèi)部的控制 IC 監(jiān)控內(nèi)部電流并調(diào)節(jié)輸出電壓。在并聯(lián)陣列運行中，電流較低的模塊輸出較高的電壓，而電流較高的模塊輸出的電壓較低。

此外，模塊溫度的變化也會對輸出電壓產(chǎn)生輕微影響，進而影響均流。

如果某模塊的負載高于其他模塊，其相對溫度往往會上升，導致輸出電壓降低。由于其他并聯(lián) DCM 的輸出電壓會與負載更大的 DCM 相匹配，因此它們會調(diào)整其輸出電壓以更均勻地分擔負載。

滿載條件下，DCM 在 120°C 時的輸出電壓低于 -40°C 時的輸出，-40°C 和 125°C 之間的電壓差為 0.256V。

這種下垂特性（負載線和溫度系數(shù)的綜合效應）使 DCM 模塊之間無需額外的電路即可實現(xiàn)電流平衡。

圖 3：根據(jù)負載線和溫度系數(shù)計算下垂電壓（DCM3623）。

輕負載升壓

最后是對上述 VOUT公式中的 ΔVOUT-LL的一些補充說明。

當 DC-DC 轉(zhuǎn)換器與外部輸出負載的組合內(nèi)部功耗低于每個內(nèi)部 MOSFET 開關(guān)周期的最小功率傳輸時，將激活輕負載升壓功能。這通常發(fā)生在負載電流降至額定值的 10% 以下時。

在輕負載升壓期間，DCM 動力系統(tǒng)會反復開啟和關(guān)斷，從而降低開關(guān)頻率并顯著減少模塊的功耗。

延長關(guān)斷時間可能會導致輸出電壓升高（見圖 4）。這種電壓升高在空載條件下最大可達 2.15V。為緩解這種電壓升高的影響，可以在輸出端添加一個泄放電阻，消耗約 10mA 的電流，從而有效降低 ΔVOUT-LL。

圖 4：輕負載調(diào)節(jié)對輸出電壓的影響。

穩(wěn)定性和負載電流平衡對于實現(xiàn)網(wǎng)絡交換機高效供電至關(guān)重要

Vicor DCM3623 采用專有的控制環(huán)路技術(shù)，能夠在寬泛的輸入電壓變化范圍內(nèi)實現(xiàn)出色的輸出電壓穩(wěn)定性。此外，憑借內(nèi)置的下垂管理功能，它能夠在多個模塊并聯(lián)時實現(xiàn)輸出自動均流，而無需附加復雜的外圍電路和通信。這樣就可以簡化電源電路的設(shè)計，并為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡交換機等需要高可靠性的系統(tǒng)提供穩(wěn)定的供電。