关于数据中心供电系统省去工频隔离变压器的探讨

国际上无"零地电压"之说。试问"在中国，有这一电压对lT负载影响的确凿证据吗?"
　　
2.3实际测试

中国电信联合华为公司的技术专家进行了零地电压加扰测试、抽检调研巴，22V以下的零地电压对机架式服务器和刀片式服务器无影响；10V以下的零地电压对DTU数据通信设备无影响。
　　
2.4"零地电压"难以通过高频开关整流器传到直流输出端
　　
电源设备的抗干扰能力很强，不要与IT设备中计算机CPU等电路怕干扰的榔念相混。常用的电器如:计算机、电视机、DVD、音响等设备，其交流电源的输入线，如米用两芯插头和插座时，插头随意插入有电的插座，接通电压就可以用了。使用时不用辨别插头和插座上哪一个触头是L(相线，火线)和哪一个触头是N(中线，零线)；也不用辨别插座上写的L和N实际上接对了没有。大量的实践说明，这些电器输人电源的两条线都不怕承受交流220V有效值(峰值约310V，峰一峰值约620V)高电位的骚扰。只要保证两条输入线之间的电压在正常范围内就能正常工作。
　　
通信专用电源设备的抗干扰能力理应更强。其机理分析如下:
　　
(1)高频变压器的1电位的隔离作用
　　
①隔离的必要性:高频开关整流器要考虑到整流器输出电压的某一端，要接通信设备的工作地线或某一指定的电位，或保证人体接触时的安全性，不应受工频交流输人电压某一端是否接地、电路方案选择的机动性等因索决定。必须设有高频"隔离"变压器，起"变压"和"隔离"双茧作用;不但把逆变电路输出的数百伏的高频矩形波电压变换成低电压的矩形波电压，还要将一次绕组的电路与二次绕组的电路相绝缘。
　　
②绝缘层参数:一次绕组与二次绕组之间的绝缘层要经受2kV、5OHz正弦波有效值(峰值约2.8kV)一分钟的耐压试验，绝缘电阻为兆欧级。高频变压器的体积小，一次绕组与二次绕组之间"分布电容"很小(与两绕组紧挨着的面积和两绕组之间绝缘层的厚度有关，例如:100-1000pF的分布电容l。对I频及其3次谐波等成分的容抗极大(如10OOpF的电容对5OHz的电压和电流的容抗1/ωC为3.18kΩ)，大致在兆欧级，可以忽略其影响。但对于高频开关频及其谐波频率的电压的骚扰，此分布电容的影响应加以考虑。例如:对于5OkHz频率(频率比50Hz提高了1000倍)的电压和电流的容抗相应减小(同一电容，容抗小了1000倍)，1000pF的电容容抗为3.18kΩ，所通过的电流也较明显，即与抗干扰有夫。
　　
③低频成分的"电位"隔离:1V宰地电压中的低频成分在上述分布参数中产生的骚扰电流，只有微安µA)数最级左右。而高频开关整流器的直流输出两端，往往其中有一端是接地的，对接地点的阻抗通常在1Ω以下。所以，此因素引起地线上的骚扰电压只是微伏(µV)数量级左右，不可能破坏输出端电位对地线和大地的稳定。可见高频隔离变压器低频范围的(电位)隔离作用是非常完善的。所以，不但1V的零地电压对输出端骚扰电压影响极微(可以忽略)，就连220V的交流相电压(为分析从简，并适用于不利的情况，即使此电位直接加在变压器一次侧)对输出端骚扰电压影响也甚微小(可以忽略)。

以上分析说明，高频变压器绕组间的绝缘层所起的隔离作用，对工频及其谐波来说是完善的。变压器一次侧电位变化无论是大(数百伏)或是小，对二次侧的影响都很小(可以忽略)。也就是对变压器一次侧的全部电路(包括整流、逆变等)、任何电路类型(如整流电路的"桥式整流电路"、"半波整流电路"等;逆变电路的"全桥逆变"、"半桥逆变"等);输人电压连接的改变(市电有"相线"和"零线"，高频开关整流器有两个输入端:"1"端和"2"端。如原来"相线"连到"1"端，"零线"连到"2"端的，现在改变连接，即"零线"连到"1"端，"相线"连到"2"端)多脱离不了上面分析的结论。即由于方案或连接的变化，不沦对变压器一次侧电位的改变有多大(只要不把绝缘层击穿)，对二次侧影响的差别也甚微(可以忽略)，

若高频开关整流器的直流输出两端都不接地，则应通过抗千扰滤波器的电容量适当大的电容器接地，其对地阻抗应比高频变压器的(上述)分布电容的容抗小f百倍。将骚扰电压在此电容器上的压降，限制到很小的范围。
　　
(2)高频开关整流器(内部强骚扰源)对输出端和输入端(电压、电流)的骚扰
　　
"电压、电流"的骚扰有别于上述"电位"的骚扰。
　　
①零线压降对相电压的影响:高频开关整流器容许输人电压变化范围是相当宽的，通常为220V士20%(某些产品允许更宽的输人电压变化范围)，此条件下，输出电压都应该稳定，通常不稳定的程度小于1%，使供电正常。
　　
使输人电压降低的因素与压降份额大致分配举例如下:lOkV高压市电降低5%，配电变压器满载时内阻抗压降使输出电压降低5%，低压输电线的相电压降5，低压输电线的零线压降5%(220V的5%的为11V)。
　　
对于输入侧没有"功率因数校正级"的(较小功率的)高频开关整流器输入电流中含有明显的3次谐波电流，各相的3次谐波电流在零线中是同相位相加的，为了控制零线压降不过大、零线温升不过高；零线导线的截面积不应小于棚线的截面积(通常前者在后者的1一1.5倍之间选取)。
　　
②内部电路的骚扰源与抗干扰措施。工频交流输入侧的单相桥式整流电路，由于电容滤波，使输人电流中含有较大的3次谐波成分，影响交流供电系统的功率因数和零线压降。为此，输入侧设有抗干扰滤波器(或称防倒灌滤波器)，减小电流申谐波成分，使输入功率因数提高和零线压降减小;要求更高时，可设有"有源功率因数校正电路"。
　　
逆变电路产生的数百伏(如240一400V峰值或480―800V峰一峰值)的高频矩形波(脉宽可调的)电压既是工作电压，又是大的骚扰电压的来源。为了提供输出所需的低压直流电压(如12V)，高频隔离变压器将数百伏的矩形波变为比l2V适当高些的矩形波电压，骚扰电压也相应降低，再经高频整流、滤波(也可含有输出侧抗干扰滤波器)，输出直流电压;其中骚扰电压成分可用脉动电压(峰值或峰-峰值，应加注明)来表示(注:"纹波电压"应是有效值，但某些产品用它来取代"脉动电压"这个名称)，如输出直流电压12V的，脉动电压(峰一峰)值小于或等于1OOmV。输出电压较低的产品，骚扰电压也应较小。有些产品将骚扰电压限制得更小些。这些指际已与通信用途相适应了(注:此类电源的输出电压并不承扭通信信号的传输)。