作者：Yutaka Mitzutani，Vicor 公司現場應用工程師

云計算服務的快速普及推動了數據流量的急劇增長。這一趨勢預計將持續下去，2024 年至 2033 年期間的複合年增長率（CAGR）將達到約 20%。 網路設備，包括路由器和網路交換機，是適應這一快速增長的關鍵，在促進物聯網數據流動方面發揮著重要作用。

為了保證大量數據的不間斷傳輸和低延遲，網路設備需要具備高可靠性和可用性，而電源系統是實現這一目標的基石。雖然 -48V_DC 是網路基礎設施的傳統標準輸入電壓，但網路設備通常以正電壓運行。因此，業內使用隔離式 DC-DC 轉換器來將負電壓輸入轉換為正電壓輸出。在發生故障時，這些轉換器的備援設計對於保持系統正常運行至關重要。 （如圖 1 所示）

寬輸入電壓範圍內需要穩定的 12V 輸出

網路交換機通常由外部 -48V 直流電源供電。然而，這一輸入電壓可能會出現顯著波動，範圍在 -36V 至 -75V 之間。DC-DC 轉換器必須在此寬泛的輸入電壓變化範圍內保持穩定的 12V 輸出電壓。

某些電源模組可能難以在整個輸入電壓範圍內保持穩定的輸出，儘管它們標示的輸入電壓範圍為 -36V 至 -75V。當輸入電壓達到下限時，這些模組可能無法提供持續的 12V 輸出電壓。

相比之下， Vicor DCM™ 模組能够在 -36V 至 -75V 的整個輸入電壓範圍內保持穩定的 12V 輸出電壓。Vicor  DCM3623 通過初級側的專有 Vicor 控制器 IC 主動調節輸出電壓，從而實現這一目標。DCM3623 的輸入電壓與輸出電壓之間的關係可以通過 Vicorpower.com 上提供的產品仿真工具（Product Simulators）查看。

Vicor DCM3623E75H13C2T00 是一款高性能 DC-DC 轉換器，非常適合滿足這些苛刻的要求。它具有高功率密度和並聯運行能力，因此是高密度網路交換機電源系統的理想選擇，尤其是在大規模資料中心內。本文將深入探討該產品的具體特性。

無需額外組件即可擴充功率

為了確保關鍵資訊技術設備的連續運行，備援電源至關重要。當多個電源並聯運行時，電源模組通常會監控輸出電壓和電流，並相互傳遞這些資訊以實現輸出均流。此外，還可在輸出端添加 ORing 二極體，以防止由於電源間的壓差引起的反灌電流。通常，電源的並聯運行需要額外的組件。

然而，Vicor DCM 電源模組無需額外的組件即可實現並聯運行（如圖 2 所示）。這是因為該 DCM 內寘了下垂（droop）模式功能，可以實現均流並簡化設計。

並聯陣列中的下垂特性（Droop characteristics）

下垂特性是一種控制功能，可根據模組條件（如負載電流和內部溫度）的變化動態調整電源的輸出電壓。

輸出電壓根據以下公式計算：

V_OUT = 12V + 0.6316 x (1 - I_OUT / 26.67) - 1.600 x 0.001 x (T_INT - 25) + ΔV_OUT-LL

注：該公式僅適用於 DCM3623E75H13C2T00。 如需計算其他 DCM 的 V_OUT，請參閱相關的 DCM 數據手册。

術語定義（見圖 3）：

V_OUT = 輸出電壓

I_OUT = 輸出電流

T_INT = 模組內部溫度（組織：°C）

ΔV_OUT-LL = 輕負載升壓期間的額外輸出電壓

在滿載（I_OUT = 26.67A）和 25°C 條件下，該模組的標稱輸出電壓為 12V。

在恒溫條件下，DCM 呈現出 -5.26% 的負斜率負載線關係，滿載（I_OUT = 26.67A）時的輸出電壓低於空載（I_OUT = 0A）時的輸出。 負載線的電壓差為 0.61V（= 12V × 0.0526）。

該 DCM 內部的控制 IC 監控內部電流並調節輸出電壓。在並聯陣列運行中，電流較低的模組輸出較高的電壓，而電流較高的模組輸出的電壓較低。

此外，模組溫度的變化也會對輸出電壓產生輕微影響，進而影響均流。

如果某模組的負載高於其他模組，其相對溫度往往會上升，導致輸出電壓降低。由於其他並聯 DCM 的輸出電壓會與負載更大的 DCM 相匹配，因此它們會調整其輸出電壓以更均勻地分擔負載。

滿載條件下，DCM 在 120°C 時的輸出電壓低於 -40°C 時的輸出，-40°C 和 125°C 之間的電壓差為 0.256V。

這種下垂特性（負載線和溫度係數的綜合效應）使 DCM 模組之間無需額外的電路即可實現電流平衡。

輕負載升壓

最後是對上述 V_OUT 公式中的 ΔV_OUT-LL 的一些補充說明。

當 DC-DC 轉換器與外部輸出負載的組合內部功耗低於每個內部 MOSFET 開關週期的最小功率傳輸時，將啟動輕負載升壓功能。 這通常發生在負載電流降至額定值的 10% 以下時。

在輕負載升壓期間，DCM 動力系統會反復開啟和關斷，從而降低開關頻率並顯著减少模組的功耗。

延長關斷時間可能會導致輸出電壓升高（見圖 4）。這種電壓升高在空載條件下最大可達 2.15V。為緩解這種電壓升高的影響，可以在輸出端添加一個泄放電阻，消耗約 10mA 的電流，從而有效降低 ΔV_OUT-LL。

穩定性和負載電流平衡對於實現網路交換機高效供電至關重要

Vicor DCM3623 採用專有的控制環路技術，能够在寬泛的輸入電壓變化範圍內實現出色的輸出電壓穩定性。此外，憑藉內寘的下垂管理功能，它能够在多個模組並聯時實現輸出自動均流，而無需附加複雜的週邊電路和通信。這樣就可以簡化電源電路的設計，並為資料中心網路交換機等需要高可靠性的系統提供穩定的供電。

Yutaka Mizutani 於 2021 年加入 Vicor，擔任日本高級現場應用工程師。 他為高性能計算（HPC）、航空航太與國防、工業和汽車電源系統提供技術支援和諮詢。在加入 Vicor 前，他曾在一家電晶體供應商工作，為包括汽車、工業和消費電子產品在內的各種應用提供支援。Yutaka 擁有電氣工程學士學位和工商管理碩士學位（MBA）。

Yutaka Mitzutani，Vicor 公司現場應用工程師