高壓直流服務器電源的高效率DC-DC拓撲結構及其控制策略研究.pdf

1、隨著計算機網絡信息技術的進步，尤其是移動互聯技術的爆炸式發(fā)展，現有互聯網數據中心的規(guī)模迅速膨脹，數據中心的單位面積能耗迅速增加，導致數據中心原有的單相220V交流母線的供電方式無法滿足功率和能效的要求。通過采用高壓直流供電架構并直接將給服務器供電的DC/DC電源集成化嵌入到主板上，能夠大幅提高服務器系統(tǒng)的功率密度和供電效率。實現集成化的模塊電源需要高效率高功率密度的直流母線變流器?，F有的輸出調整的PWM型變流器能夠在寬輸入范圍內實現輸出

2、電壓調整，卻難以兼顧高功率密度和高轉換效率;輸出不控型母線變流器由于其占空比和工作頻率固定，始終工作在器件的最佳點，具備高功率密度和高效率的特性，但是無法滿足輸出電壓緊調整的要求。通過額外增加級聯DC-DC的方式可以實現輸出電壓調整功能，但是兩級級聯結構造成整體效率和功率密度的下降。為了提高母線變流器模塊的效率，并同時實現高功率密度和輸出緊調整的功能，本文針對適用于大功率DC/DC應用的移相全橋軟開關PWM拓撲和LLC諧振型拓撲及其控制

3、策略進行了深入研究和探討，主要包含以下內容:
　　移相全橋拓撲由于其結構簡單、開關管零電壓開通易于實現等特點在服務器電源等場合得到了廣泛應用。本文提出了一種針對PWM拓撲的新型串并聯自調整混合整流單元，并基于該單元構建了一種串并聯自調整倍流整流結構，應用于兩相交錯并聯的移相全橋拓撲。新型整流拓撲副邊變壓器繞組的連接狀態(tài)可以根據電路的占空比大小自動進行串聯或并聯調整。該拓撲有效地降低了整流器件的電壓應力，有利于同步整流技術的應用，降

4、低導通損耗，大幅提高效率;而且在全工作范圍內減小了總輸出電流紋波，使得在相同紋波要求下濾波器的體積得以減小，進一步降低電感的損耗，提高效率。
　　為了進一步提高電路的功率密度，需要提高開關頻率以減小無源元件體積。相比于移相全橋拓撲，諧振拓撲的副邊整流器件也能夠實現軟開關，更適合高頻率大電流場合。本文針對現有高頻諧振電路兩級級聯方案效率不高的問題，提出了一種串聯可控電壓源實現部分能量調整的可調直流變壓器（Regulated DC T

5、ransformer，RDCT）拓撲以提高整體轉換效率。該拓撲結構通過調節(jié)串聯的可控電壓源的電壓實現輸出電壓的調整，大大簡化了變流器的原邊開關管和副邊同步整流的驅動控制;并且由于絕大部分能量通過單級的高效直流變壓器直接轉換，僅有極少部分能量通過可控電壓源的兩級轉換，所以該拓撲能在實現輸出電壓調整的同時保證很高的電路轉換效率。此外，本文還針對半橋RDCT拓撲高頻下的軟啟動問題進行了分析，提出了一種限流加調頻啟動的混合控制策略，實現了額定工

6、作電壓下的高頻直接啟動功能，解決了啟動時諧振腔的電流過沖問題。
　　由于諧振型拓撲的輸出電流紋波較大，通過諧振拓撲的多相交錯并聯不僅可以減小輸出電流紋波，還能優(yōu)化功率的分配，實現熱量均勻分布，提高可靠性。對于變頻控制的諧振變流器，實現交錯并聯必須同步開關頻率，但是諧振參數的離散性導致的穩(wěn)態(tài)增益誤差需要通過各相之間不同的開關頻率來彌補，這就是諧振變流器多相交錯并聯時不可調和的矛盾。本文針對現有諧振拓撲交錯均流方案的局限，提出了一種基