计算机、网络和电信用的三相电源配置

　　计算机和网络系统需要的功率越来越大，所需功率超过用单相ac电源馈电所提供的功率。

本文概述从三相ac电源提供所需dc电源的两种主要方法。第一种方法是用真三相ac输入电源;第二种更通用的方法是用3个单相ac输入电源，把dc输出并联，连接输入提供对三相ac输入电源的平衡负载。第二种方法的优点是采用低成本单相ac输入电源，但是，需要在具有复杂安装的简单硬件和具有简单安装的较复杂硬件之间做出选择。

　　三相配置

　　三相ac电源有很多不同的配置。其中有两种主要配置：Δ连接和Y形(或星形)连接，见图1和图2。

　　图1 没有零线和隔离保护地连接的三相Δ连接

　　图2 有零线和保护地的Y形连接

Δ配置通常没有零线，而相连线的保护地是隔离的。这里有很多变化，包括中心抽头的相连线构成零线、V形配置(三相中仅二相供电)。

Y形配置通常包含连接到公共点的零线N(对于4线为三相加零线)。另外，三相的公共点连接到保护地PE，构成一个5线连接(3相，N和PE)，见图2。

和大量的相配置变化一起，一个广泛的变化是可变的电力网电压。表1给出三相ac电源一些通用配置。

表1 典型的三相ac电源配置

　　真三相电源

用三相ac电源配置系统的最简单方法是用具有真三相输入的电源。在此，我们涉及具有输入电流有源功率因数校正的电源而不是简单的6脉冲整流器输入。图3示出计算机、网络和电信应用中的三相输入ac-dc电源框图。

　　图3 三相输入ac-dc电源原理图

这种方法的一个主要优点是输入电源连接是简单的：A相连接一个输入端，B相连接另一个输入端，C相连接第3个输入端。这种方法的其他优点是3个相上的输入电流总能很好地平衡，而且很容易从冗余ac电源馈电和N+N冗余配置系统。

虽然有这些优点，但三相输入电源不是非常通用的，这主要是由于它们的成本高和性能较复杂。其中的复杂性原因之一是控制方法，需要控制6个开关，以保证在所有三相维持正弦输入电流。

有很多的简单和低成本IC用于单项输入ac-dc电源。这些器件很容易使用，而且使用它们不需要先进的控制或编程知识。

但是，现在没有这种IC适用于三相输入电源。三相输入电源的大多数控制器，是基于DSP的方案。

另一个考虑是元件成本高。从图3可见，功率因数校正级的输出电压VCAP为 sqrt(2)xVphase-to-Phase。对于北美共用的120/208/Vac Y形配置，这不是问题，因为VCAP仅需要比300Vdc大一点。然而，对于世界其余地区共用的230/400Vac工作，VCAP必须是600Vdc或更高，这才能适合功率因数校正的工作。

因为业界所用的电容器，MOSFET和其他元件标定超过600V不常见，所以，这会导致成本问题。另外，需要三相输入的大功率设备往往产量相对比较低(每年几百台~几千台)，所以，也会造成成本问题。只有批量才能低价。

随着较高电源需求的增加，采用其三相输入电源而不需要较高额定电压元件的方法正在研究。

在ac-ac变换级所需的较高电压元件不是什么问题。为使功率因数校正级很好地工作，其输出电压需要大于输入电压的峰值。然而，两种电路技术用于设计dc-dc变换级，所以，不需要较高电压元件。这两种技术都采用电容电压分压器来降低ac-dc级的600~800Vdc输出。

第一种技术采用多电平变换器。对于计算机和电信应用，通常采用箱位二极管和“飞”电容器拓扑。这可以采用400~500V额定值半导体器件和电容器，而且工作良好。此技术的缺点是它的复杂控制。特别关注的是需要避免由于元件变化，或变换器负载变化所引起的电容器电压的不平衡问题。

另一种技术是采用两个电源，这两个电源的输入串联连接、输出并联连接(见图4)。这里也存在由于元件变化所引起的电容器电压不平衡，例如，可导致一个dc-dc变换器工作在比另一个dc-dc变换器较高的占空比和较高的平均输入电流。此问题是可以设法解决的，但需要对两上变换器的整个控制进行关注。在相同输出功率下，两个变换器的总元件数多于单个变换器的元件数。两个dc-dc变换器所用较低电压和较低电流元件，所以，成本很低。

　　图4 降低变换器输入电压和串行输入并行输出技术

　　采用三个单相电源

从3相ac电源为系统供电，最常用的方法是用三个单相ac输入电源。每一个电源工作在本身ac输入，其连接是从相位到零线或相位到相位。所有三个电源的dc输入并联连接(图5和图6)。这些电源一般设计成100~240Vac宽ac输入范围(85~264Vac满量程设计范围)。

　　图5 从三相Y形ac电源连接三个单相输入ac-dc电源

　　图6 从三相Δac电源连接三个单相输入ac-dc电源

此方法显著的优点是：每个电源所采用的技术都是熟