為什么電源設計轉用 48V？您需要了解什么？

當前應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

? 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載的功率。

例如服務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，這分配給多個服務器處理器所增加的功率，會產(chǎn)生更多的損耗。不只是服務器，任何增大電源的設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換器與較低電壓轉換器對比，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)與較低電壓轉換器相似或更優(yōu)異的效率、成本和尺寸／重量指標的較高電壓轉換器。

電話是肇始。。。。。。

我們應該感謝現(xiàn)代電話和電話交換機的發(fā)展，它們是最早使用48V電壓的應用。和您預想的一樣，通信行業(yè)以48V為標準，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、標準線要求更少、電池備份（也是因為負參考電壓為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域？

據(jù)報道，48V當前廣泛用于數(shù)據(jù)中心、汽車、LED照明、工業(yè)設備乃至電動工具等領域。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鍵。隨著對人工智能關注的激增，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。設計這些全新面板的工程師正轉而使用 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?！惫ぷ髦械摹巴Ｖ埂彪A段為輔件供電，減輕內(nèi)燃機的負荷。最初的設計采用純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)設備供電

工業(yè)設備涵蓋的產(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，以通過更細的電線提高更大的功率。

? CAT提供48V倉庫自動裝卸車。48V應用的其它實例還有過程控制、制造設備和工廠自動化設備。

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。

許多電源設計正在采用可直接從48V轉換為負載電壓，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)已有多家組件供應商提供48V解決方案。Vicor 提供的48V DC/DC穩(wěn)壓器和隔離式轉換器通過其幾項專有設計技術刷新了效率、密度和成本性能，這些技術包括：

? 零電壓開關等高效率開關拓撲

? 可實現(xiàn)SM-Chip封裝等高密度電源封裝的3D封裝技術

此外，正在設計48V系統(tǒng)的工程師還可借助Vicor的在線選擇／設計工具，縮短設計時間并確保優(yōu)化的解決方案。