為什么電源設(shè)計轉(zhuǎn)用 48V?您需要了解什么?

當(dāng)前應(yīng)用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(shè)

• 增大扭矩

• 增大 LED 亮度

實現(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，這分配給多個服務(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，因為隨距離變化而產(chǎn)生的損耗(以工作電壓的百分比計)更低、標(biāo)準(zhǔn)線要求更少、電池備份(也是因為負(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 成“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(nèi)。

與 12V 應(yīng)用相比，低于 60V DC 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“48V”

數(shù)據(jù)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(guān)鍵。隨著對人工智能關(guān)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(tǒng) 12V 供電并保持效率帶來了切實的挑戰(zhàn)。因此，工程師轉(zhuǎn)而采用 48V 配電，以實現(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 開放式計算項目大會(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(tǒng)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(shè)計的系統(tǒng)。該公司在其整個計算機系統(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)計這些全新面板的工程師正轉(zhuǎn)而使用 48V 配電，以在提高效率的同時，縮減電線尺寸及重量。

除了提高效率，這些更大規(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，一個陣列的較小面板可裝配在一起，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 配電也可提供成本更低、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(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現(xiàn)更長的運行時間和更大的扭矩。無線電動工具的電池發(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。

帶動汽車使用48V

在現(xiàn)有內(nèi)燃機車輛基礎(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)燃機的負(fù)荷。最初的設(shè)計采用純 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。

• Kiva Systems 是一種用于大型倉庫的機器人執(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)用的其它實例還有過程控制、制造設(shè)備和工廠自動化設(shè)備。

48V就是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，今天的增強型 48V 轉(zhuǎn)換器/穩(wěn)壓器可實現(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 的單個穩(wěn)壓器替換多個中間級穩(wěn)壓器，進而從中獲得更多的優(yōu)勢。

48V DC/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 48V DC/DC 穩(wěn)壓器和隔離式轉(zhuǎn)換器通過其幾項專有設(shè)計技術(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 48V 系統(tǒng)的工程師還可借助 Vicor 的在線選擇/設(shè)計工具，縮短設(shè)計時間并確保優(yōu)化的解決方案。