江南-48V技术的魅力：系统级应用中的重要性、优势与关键要素

2024-12-17

[导读]手艺世界千变万化，人们对高效靠得住电源解决方案的需求延续上升。最近几年来，48 V电源电压备受存眷。乍看之下，48 V可能其实不新奇，但它具有浩繁优势，很是适用，而且已成为各类系统级、工业、汽车和通讯利用中的主要构成部门。本文将经由过程现实例子和演示切磋48 V电源电压的优势。 48 V电源电压用处普遍且与现有根本举措措施兼容，是以在各类利用中阐扬着要害感化。之前，配电系统严重依靠尺度12 V或24 V电平。但是，现代装备和电子产物的功率需求不竭增添，对系统效力和能源经济性要求也逐步提高，是以，48 V等更高电源电压逐步遭到青睐。数据中间聚集了超等计较机等高算力装备，很是需要节能解决方案。48 V电源电压在传输效力和转换消耗之间获得了均衡，是一种比力超卓的折中方案。提高电压可以削减配电消耗，下降整体能耗。 48 V电源电压也有益在汽车行业，特别是电动汽车(EV)。电动汽车的进步前辈功能和电驱动子系统日渐增添，人们也愈来愈需要更节能的解决方案。48 V架构改良了再生制动时代的能量收受接管，并更容易在集成电子转向助力和高级驾驶员辅助系统等年夜功率组件。 48 V电源电压的优势采取48 V电源电压，不但能晋升系统效力，还能为设计供给更矫捷的选择。以下是一些首要优势： I2R消耗更低配电系统中的电阻消耗（I2R消耗）会对效力发生重年夜影响。与较低电压系统比拟，功率程度必然时，48 V电源电压系统的电流更低。是以，传输进程中的I2R消耗更低，整系统统效力更高。功率密度更高与较低电压系统比拟，48 V电源电压撑持利用更小的导线和元件来传输统一功率。这相当在提高了功率密度，是以可让设计加倍紧凑，特殊合适空间有限的利用。加强电压调理能力按照界说，电压电平越高，电压调理能力越强，这对波动敏感型利用很是要害。为了连结靠得住运行，工业主动化和通讯系统凡是需要不变且颠末杰出调理的电压电平。设计矫捷性 48 V电源电压撑持更多设计选择。撑持集成电压需求各不不异的浩繁子系统。机电、传感器和通讯接口都可以在统一个系统中共存。与可再生能源兼容 48 V电源电压与可再生能源系统（如太阳能装配）中太阳能电池板的电压输出完善匹配。这类互操作性使得我们可以轻松将可再生能源纳入现有电力系统。图1.系统内的高效电压转换1 48 V电源电压实行要点实行进程中必需充实考量留意事项，才能充实操纵48 V电源电压的优势。让我们从系统级、工业和通讯利用的角度来领会这些根本常识。高效电压转换固然48 V愈来愈受接待，但并不是所有装备和组件都能直接处置该电压电平，而是需采取高效的电压转换方式（如DC-DC转换器）来下降电压，以知足子系统对更低电源电压的需求。拜见图1。图2.ADI-BBU模块2和四分之一砖块参考设计图2备用电池单位(BBU)模块中的较高电压电和蔼四分之一砖块参考设计方式可能会发生较年夜的热量。散热器、电扇和热设计斟酌等热治理方式对确保48 V组件的寿命和靠得住性至为要害。平安办法图3.轻度夹杂动力电动汽车中48 V与12 V之间的电气隔离3 平安是所有电气系统的重中之重。固然48 V电源电压不是特殊高，但也必需配备足够的平安预防办法，例如电路庇护、隔离栅和接地，以免与电气故障相干的风险。48 V和12 V系统利用就利用了隔离栅来实现电气隔离，如图3所示。BBU模块Modbus 通讯方式借助ADM2561E在BBU模块与BBU架之间成立隔离通讯。通讯和谈图4.开放计较项目Open Rack V3架构4 在现代工业和通讯利用中，互操作性相当主要。实行尺度化的通讯和谈可确保在48V运行的子系统之间实现无缝的数据互换，从而提高全部系统的效力。开放计较项目（OCP）正在引领新的数据中间架构的延续采取。该组织为48V系统的电力整流器、BBU（电池备份单位）、收集、存储和办事器供给了完全的架构设计。请拜见图4。监测与节制为使系统始终连结超卓机能，需要延续及时监测电压电平、电流和温度。可以采取智能节制系统来自动治理这些要素。经由过程无缝调和及时调剂，这些系统不但可以猜测故障，还能为预防性诊断摊平道路，将系统效力和靠得住性晋升到更高程度。现实利用 48 V电源电压已利用到浩繁范畴和手艺中。下文的一些现实例子将带您理解其主要意义：电信电源系统图5.电信——48 V配电系统5 电信收集是现代社会的基石，而电信收集的不变运行离不开延续靠得住的电力供给。48 V架构作为靠得住性和效力的根本，正逐步崭露头角，改变电信电源系统的款式。拜见图5。这些系统负责供给全球通讯，其电力根本举措措施必需要可以或许承受地域差别和停电不测。但是，48 V架构的真正优势在在可以降服地舆限制。在偏僻的内陆地域和受灾地域，传统电力根本举措措施可能缺掉或老化，但48 V架构不会遭到影响。即便情况前提较为刻薄，它也能靠得住地供给电力，成为通讯办事的有力保障。该架构固有的经久性确保孤立无援的大众能在需要帮忙时连结联系，在告急环境下保障要害通讯，并经由过程超强毗连能力增进农村成长。工业主动化中的电力驱动在工业主动化范畴，精度和效力相当主要。48 V电源电压在这类动态情况中年夜放异彩，可觉得电念头、传送带到机械臂等各类要害部件供给动力。该电压电平是功率密度和节制的根本，不但能调和系统不变运行，还能削减能量损掉，并进一步提高工业主动化程度。夹杂电力系统夹杂电力系统难堪以接入传统电网的农村和无电网地域带来了新的能源利用体例。这些进步前辈系统将可再生能源（首要是太阳能电池板）与现代储能举措措施无缝连系，供给靠得住且可延续的能源解决方案。在本例中，48 V电源电压与太阳能输出的兼容性，对有用填补太阳能电池板能量与各类利用需求之间的差距具有主要影响。 48 V电源电压与太阳能电池板发生的电压规模完全一致，有助在实现高效的能量转换和分派。这类兼容性消弭了高压转换的需要，而高压转换是能源损掉、效力低下和本钱增添的首要缘由。48 V架构经由过程与太阳能输出正确匹配来尽量提高能量搜集效力，太阳能发生的电力可以直接进入系统，损掉很小。另外，48 V电源电压和太阳能输出的一致性使夹杂电力系统安装具有杰出的本钱效益。简化的电压转换进程无需复杂且昂贵的器件，安装和保护本钱更低。这类可以下降本钱的做法，对那些阔别电网的社区和企业来讲是一次意义重年夜的变化，不但让可再生能源触手可和，还带来了加倍经济的解决方案。电动汽车图6.48 V轻度夹杂动力电动汽车6 48 V设计在电动汽车中的利用（如图6所示）是一个计谋性步调，带来了诸多好处。这类电压范式对改良全车子系统的电源分派很是主要。除在电源分派中的感化外，48 V架构还供给一系列新功能，例如再生制动，即在制动进程中收受接管能量。另外还撑持集成有助在提高乘客舒适度的辅助系统，包罗高级HVAC（供暖、透风和空调）系统和进步前辈多媒体装备。48 V架构使得这类周全的电动汽车设计成为可能，不但晋升了能源经济性，并且经由过程优化功率利用、资本治理和车内便当举措措施，改良了整体驾驶体验。固然48 V电源电压可觉得系统级利用带来很多优势，但我们也必需重视这类系统可能存在的一些错误谬误。需要斟酌的错误谬误：组件兼容性和可用性切换到48 V电源电压需要细心评估现有系统组件，进而某些组件可能需要改换或调剂。但是，一个潜伏问题是，能兼容指定额定电压的组件不多。这可能致使采购价钱上涨，系统顺遂整合的时候也可能延后。是以，制订准确的计谋计划和采购方案很主要。拜见图7。设计复杂度 48 V电源电压常常会致使在一个期间内增添设计复杂度。实行阶段凡是需要谨严处置复杂的设计问题，例如正确的电压调理、完美的热治理策略和稳健的平安尺度。复杂性提高可能会耽误开辟周期，并增添对具体手艺技术的需求。是以，企业需要组建一支经验丰硕、能力出众的设计团队，以便高效应对这些复杂的挑战。电压相干风险更高固然48 V其实不是特殊高，但也依然可能带来平安问题，特别是在没有充实实行根基平安预防办法的环境下。电压电平升高可能会晋升触电风险和其他危险，是以必需采纳严酷的平安预防办法。转换消耗增添当需要转换电压以便为需要较低电压电平的组件（如传感器或低功耗装备）供电时，额外的转换步调可能会致使提高系统中的能量损掉。这会抵消48 V电源电压的一些能效晋升优势。传统系统采取有限对针对较低电压电平的传统系统，切换到48 V电源电压需要进行细心评估。后续的调剂工作可能会晤临一些障碍，使其既不切现实，又本钱太高。革新现有根本举措措施以顺遂撑持48 V尺度多是一项复杂且耗时的使命，需要进行重年夜调剂和计谋计划，以确保兼容性和超卓机能。尺寸和空间限制固然48 V装备的电流程度较低，可撑持更高的功率密度，但可能不合适对尺寸和空间有严酷要求的利用。额外的绝缘和平安预防办法要求可能致使组件尺寸加年夜。拜见图8。电磁干扰(EMI)增添电压电平升高会增添电磁干扰(EMI)，进而还会致使严重问题。电磁干扰会让周详组件和复杂通讯收集没法安稳运行。是以，有需要额外采取屏障手艺和高尺度滤波手艺，以有用抵消和减轻EMI的负面影响，确保要害系统延续靠得住运行。可扩大性挑战固然48 V对很多利用来讲都是公道的选择，但某些环境可能会有更优选。某些利用，特殊是功率程度更高的利用，可能需要利用其他电压设计来知足特定需求。本钱斟酌采取48 V电源电压需要细心斟酌前期本钱，包罗改换组件、调和系统开辟和实行要害平安办法等的本钱。这些初始费用可能会对全部项目预算发生显著影响，具体影响取决在现实利用和所处的行业。面临这些潜伏的费用，明智地分派资本对可否顺遂整合和实现成功相当主要。 48 V电源电压不再是小众选择，并且已成了系统级、工业和通讯利用的要害构成部门，可以知足人们日趋增加的节能解决方案需求，并兼具效力更高、功率密度更高和设计矫捷性更年夜等优势但是，48 V利用的成功离不开高效的电源转换、严酷的热治理、稳健的平安预防办法、尺度化的通讯和谈和复杂的监测和节制系统。跟着手艺情况的演化，48 V电源电压还是多个范畴的要害立异鞭策身分，将来将继续供给高效靠得住的动力。图7.电解液干涸造成电解电容器电容下降7 图8.电容器输出侧电路安装留意事项8 另外，在系统级利用中，48 V电源电压能带来显著优势，值得设计人员或利用工程师深切研究。但是，我们也必需周全衡量，充实熟悉到这类选择可能带来的潜伏短处。针对特定利用，为了明智地利用该电压电平，应综合斟酌组件兼容性、设计复杂度、平安预防办法、能量转换消耗和相干本钱。参考资料 1 Brad Xiao和Nazzareno “Reno” Rossetti，“处置48 V至12 V降压”，《Power Electronics Tips》（电源提醒），2021年2月。 2 Christian Cruz、Gary Sapia和Marvin Neil Cabueñas，“实现不中断能源的智能备用电池第一部门：电气和机械设计”，《摹拟对话》，第57卷第4期，2023年12月。 3 Anant Kamath，“简化HEV 48 V系统的隔离CAN电源接口”，《Electronic Design》（电子设计），2019年4月。 4 Glenn Charest、Steve Mills和Loren Vorreiter，“Open Rack V3根基规范”，开放计较项目，2022年9月。 5“电信系统电源”，ADI公司，2002年7月。 6“48 V降压转换器助力MHEV知足燃料排放尺度”，ADI公司，2020年3月。 7“它对数据中间而言是不是必不成少？需要48 V电源的缘由和相干电源设计挑战”，Panasonic Industry，2021年8月。