一种数据中心电源模块和模块化供电电源制造技术

本发明专利技术公开了一种数据中心电源模块和模块化供电电源，数据中心电源模块，包括多绕组高频变压器、工频整流器、高频变流器、缓冲支路、直流接口电路；多绕组高频变压器中的n1个绕组用于构造交流输入电路，其中工频整流器的交流正、负端子构成交流端口；n2个绕组用于构造直流输出电路，其中直流接口电路的交流正、负端子构成直流输出端口；n3个绕组用于构造模块间功率均衡电路。模块化供电电源可根据电压和功率等级的要求选用一个或多个数据中心电源模块来构建，各电源模块的交流输入端口或直流输出端口可以分别进行串联或并联连接，实现数据中心供电电源的增压或扩容。本发明专利技术解决减小设备体积重量，提高功率密度和效率等方面的技术难题。技术难题。技术难题。

【技术实现步骤摘要】
一种数据中心电源模块和模块化供电电源


[0001]本专利技术属于电力电子电能变换
，涉及一种数据中心电源模块和模块化供电电源。

技术介绍

[0002]随着移动互联网的高速发展和第五代移动通讯技术的正式商用，作为“新基建的基础设施”，数据中心迎来了更大的发展机遇，也得到了越来越多的关注。数据中心存储着大量具有研究价值和商业价值的数据信息，因此保证数据中心的高可靠性、高稳定性运行至关重要。供电系统是数据中心正常运行的基础，保障数据中心的电能供应，采用稳定、可靠的供电方案具有非常重要的意义。
[0003]现阶段常用的供电方案有不间断电源(UPS)、高压直流电源(HVDC)和巴拿马电源等。巴拿马电源作为目前较为先进的技术方案，相较于传统的UPS和HVDC两代方案优化了供电链路，省去了很多电能转换环节，在投资成本、占地面积和经济效益等方面具有一定的优势，但是由于巴拿马电源采用的是工频变压器，由于工作频率低，磁芯体积重量巨大，使整个装置的功率密度受到严重限制。此外，巴拿马电源所采用的变压器副边由多个移相的绕组组成，导致体积重量进一步增大，使系统结构更为复杂，使其成本更加昂贵。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种数据中心电源模块和模块化供电电源，具体是一种数据中心电源模块以及由多个数据中心电源模块组成的模块化供电电源，旨在解决减小设备体积重量，提高功率密度和效率等方面的技术难题。
[0005]本专利技术的目的是由以下技术方案实现的：
[0006]一种数据中心电源模块，包括多绕组高频变压器、工频整流器、高频变流器、缓冲支路、直流接口电路；
[0007]所述多绕组高频变压器中的n1(n1≥1)个绕组中，每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与高频变流器的交流正端子相连；高频变流器的交流负端子与绕组的另一个端子相连，高频变流器的直流正、负极端子分别与工频整流器的直流正、负极端子相连，工频整流器的交流正、负端子构成交流端口；
[0008]所述多绕组高频变压器中的n2(n2≥1)个绕组中，每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与高频变流器的交流正端子相连，高频变流器的交流负端子与绕组的另一个端子相连，高频变流器的直流正、负极端子分别与直流接口电路的直流正、负极端子相连，直流接口电路的输出端子构成直流输出端口；
[0009]所述多绕组高频变压器中的n3(n3≤1)个绕组中，每个绕组的两个端子直接引出形成高频均衡端口；或者每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与绕组的另一个端子构成高频均衡端口。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述多绕组高频变压器的总绕组数n是两绕组、三绕
组、至N绕组；n＝n1+n2+n3；所述多绕组高频变压器的频率是几百赫兹至几百千赫兹范围内的任一频率。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述工频整流器是单相全桥电路；高频变流器是单相半桥或者全桥电路，电平数是两电平、三电平或者多电平；直流接口电路是直连导线、单相半桥电路或直流/直流变换器；
[0012]所述缓冲支路是LC串联谐振支路或单L支路，缓冲支路中的电感是变压器绕组的漏感。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述两电平单相半桥电路包括两个功率开关管S1、功率开关管S2，功率开关管S1和功率开关管S2串联形成桥臂，桥臂中点和桥臂下端分别引出构成交流正端子和交流负端子，桥臂上端和桥臂下端分别引出构成直流正极端子和直流负极端子；
[0014]所述两电平单相全桥电路由两个单相半桥并联构成；两个单相半桥的直流正、负极端子分别并联连接，两个半桥的中点分别引出构成交流正、负端子。
[0015]所述三电平单相半桥电路包括四个功率开关管S
1、
功率开关管S
2、
功率开关管S
3、
功率开关管S4和两个二极管D1、D2，功率开关管S1和功率开关管S2串联形成第一桥臂，功率开关管S3和S4串联形成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联形成第三桥臂，第三桥臂的中点引出构成交流正端子，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连形成第四桥臂，第四桥臂的中点引出构成交流负端子，第四桥臂的正、负极分别与第二桥臂和第一桥臂的中点相连，直流电容C1的负极与直流电容C2的正极相连且连接点与第四桥臂的中点相连，第三桥臂的上、下端分别与直流电容C1的正极和C2的负极相连后引出构成直流正、负极端子；
[0016]所述三电平单相全桥电路由两个三电平单相半桥并联构成，两个三电平单相半桥的直流正、负极端子分别并联连接，两个三电平半桥的第四桥臂的中点和两个直流电容的连接点连接在一起，第三桥臂的中点分别引出构成交流正、负端子；
[0017]所述工频整流器、高频变流器和直流接口电路的电力电子开关器件是二极管、IGBT或MOSFET。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，当高频变流器的开关频率等于谐振频率时，数据中心电源模块中所有LC谐振支路的高频变流器同步运行，所有单L支路的高频变流器移相运行；
[0019]当高频变流器的开关频率不等于谐振频率时，数据中心电源模块中所有的高频变流器均移相运行。
[0020]一种模块化供电电源，包括一个或多个所述的数据中心电源模块；各数据中心电源模块的交流输入端口或直流输出端口分别进行串联或并联连接，实现模块化供电电源的增压或扩容；所述模块化供电电源具有低压直流端口和三相中压交流端口。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，当数据中心电源模块中存在高频均衡端口时，模块化供电电源中所有模块的高频均衡端口并联连接构成公共高频交流母线，使得功率自发流通平衡，进而实现各个模块中直流电容电压的自平衡。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述三相中压交流端口的构成方式，包括：
[0023]各数据中心电源模块的交流输入端口构成三相电路时，每个模块构成A0(A
0+
，A0‑
)端口的正负端子在模块间依次串联形成A相电路；每个模块构成B0(B
0+
，B0‑
)、C0(C
0+
，C0‑
)端口的正负端子在模块间分别串联连接形成B相和C相电路；A、B、C相电路的负端子连接在一
起构成中性点N；
[0024]各数据中心电源模块的交流输入端口构成单相电路时，构成A相的每个模块内的交流端口正负端子依次串联构成单相交流端口，并按模块标记为A1(A
1+
，A1‑
)、A2(A
2+
，A2‑
)
……
A
k
(A
k+
，A
k
‑
)，然后在模块间依次串联构成A相电路；以同样的方式构成B相和C相电路；A、B、C相电路的负端子连接在一起构成中性点N。
[0025]作为本专利技术的进一步改进，所述低压直流端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据中心电源模块，其特征在于：包括多绕组高频变压器、工频整流器、高频变流器、缓冲支路、直流接口电路；所述多绕组高频变压器的n1个绕组中，每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与高频变流器的交流正端子相连，高频变流器的交流负端子与绕组的另一个端子相连，高频变流器的直流正、负极端子分别与工频整流器的直流正、负极端子相连，工频整流器的交流正、负端子构成交流端口；所述多绕组高频变压器的n2个绕组中，每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与高频变流器的交流正端子相连，高频变流器的交流负端子与绕组的另一个端子相连，高频变流器的直流正、负极端子分别与直流接口电路的直流正、负极端子相连，直流接口电路的输出端子构成直流输出端口；所述多绕组高频变压器的n3个绕组中，每个绕组的两个端子直接引出形成高频均衡端口；或者每个绕组的一个端子与一个缓冲支路的一个端子相连，缓冲支路的另一个端子与绕组的另一个端子构成高频均衡端口。2.根据权利要求1所述的一种数据中心电源模块，其特征在于：所述多绕组高频变压器的总绕组数n是两绕组、三绕组、至N绕组；n＝n1+n2+n3；所述多绕组高频变压器的频率是几百赫兹至几百千赫兹范围内的任一频率。3.根据权利要求1所述的一种数据中心电源模块，其特征在于：所述工频整流器是单相全桥电路；高频变流器是单相半桥或者全桥电路，电平数是两电平、三电平或者多电平；直流接口电路是直连导线、单相半桥电路或直流/直流变换器；所述缓冲支路是LC串联谐振支路或单L支路，缓冲支路中的电感是变压器绕组的漏感。4.根据权利要求1所述的一种数据中心电源模块，其特征在于：所述两电平单相半桥电路包括两个功率开关管S1、功率开关管S2，功率开关管S1和功率开关管S2串联形成桥臂，桥臂中点和桥臂下端分别引出构成交流正端子和交流负端子，桥臂上端和桥臂下端分别引出构成直流正极端子和直流负极端子；所述两电平单相全桥电路由两个单相半桥并联构成；两个单相半桥的直流正、负极端子分别并联连接，两个半桥的中点分别引出构成交流正、负端子。5.根据权利要求1所述的一种数据中心电源模块，其特征在于：所述三电平单相半桥电路包括四个功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4和两个二极管D1、D2，功率开关管S1和功率开关管S2串联形成第一桥臂，功率开关管S3和S4串联形成第二桥臂，第一桥臂和第二桥臂串联形成第三桥臂，第三桥臂的中点引出构成交流正端子，二极管D1的正极与二极管D2的负极相连形成第四桥臂，第四桥臂的中点引出构成交流负端子，第四桥臂的正、负极分别与第二桥臂和第一桥臂的中点相连，直流电容C1的负极与直流电容C2的正极相连且连接点与第四桥臂的中点相连，第三桥臂的上、下端分别与直流电容C1的正极和C2的负极相连后引出构成直流正、负极端子；所述三电平单相全桥电路由两个三电平单相半桥并联构成，两个三电平单相半桥的直流正、负极端子分别并联连接，两个三电平半桥的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜思行，何思承，王展，宋群胜，刘进军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：