采用超级电容器进行桥接，这个储能方案不一般-电路图讲解-电子技术方案

多年来，数据中心一直受到电力中断和宕机等此类事件的困扰，并且这种情况正在恶化。调研机构波洛蒙研究所2016年进行的一份调研报告表明，数据中心停机的平均成本从2010年的505，500美元提高到2015年的740，000美元，而最高的成本损失则从100万美元上升到240万美元。而数据中心电力中断的首要原因（约占所有事件的四分之一）是不间断电源系统（UPS）出现故障。

传统的铅酸蓄电池和UPS备份解决方案的历史记录不佳，往往是其薄弱环节，而铅酸电池组需要更好的维护和频繁更换。

采用超级电容器进行桥接

超级电容器可以与传统的UPS配置相结合，以帮助解决这种问题，因为它们可以即时响应电力中断或电力质量问题，而不会因电池电阻问题而导致初始电压下降。这种桥接功能可以保护数据中心，直到长期的电力解决方案（电池、备用电源，甚至数据和操作转移到不同位置）启动。它们还可以使数据中心更频繁地使用电池进行调峰，从而减少每月的电力需求成本（按每月千瓦小时收费的形式，按每月达到最高需求）向数据中心用户征收需求费用。这种混合动力系统也有望延长铅酸电池的使用寿命。超级电容器的优势在于其高可用性，相对较少的维护，以及长期使用寿命。

锂离子电池可能是一种更长期的高性价比解决方案

另一项技术，锂离子电池储能系统正在迅速成为解决电力可靠性挑战的一种潜在的新方法。它可能很快取代铅酸电池和超级电容器的解决方案，主要原因在于随着技术的不断改进，其成本也在迅速下降。

一些锂离子电池供应商已经在向市场提供这种产品，其中采用电动车二手电池为数据中心的UPS电源供电。虽然目前这适用于IT机房或规模较小的数据中心，但结合智能监控系统规模更大的锂电池储能阵列很快就会成为常态。

很快，锂离子电池储能系统很可能成为数据中心市场的标准产品，尤其是因为成本下降得如此之快。据估计，锂离子电池储能系统的成本要比传统UPS的蓄电池系统高1．5至3倍。但去年其成本下降了24％（受到电动汽车规模经济的驱动）。

如果锂离子电池成本继续下降，它们将很快就会达到与铅酸蓄电池系统相当的水平。虽然前期成本较高，但其运营成本较低。事实上，一家行业领先供应商的总体成本分析已经显示锂离子解决方案在十年的运营中可节省10％的成本。但锂离子电池还具有其他显著的优点：具有较长的循环寿命，较长的运行时间，以及在较高环境温度下运行的能力，并具有更高的功率密度，在同等容量下所占用的空间是铅酸蓄电池的三分之一，可以腾出更多的机房空间。锂离子电池还具有瞬时响应能力，从而避免了对铅酸电池和超级电容器组合解决方案的需求。

最后，与UPS电源结合的锂离子电池储能系统通常集成智能系统，从而更容易监控变量，如电压、充电状态、电流、温度和其他关键变量。在这方面，其远远优于采用铅酸蓄电池的传统UPS系统。

随着全球锂离子电池行业继续扩大规模并削减成本，人们可能会看到这种解决方案将成为确保数据中心电力可靠性的主要方法，并取代铅酸电池。最终，它们也可能越来越多地用于电力调峰，并有可能取代传统的备用发电机。

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电源是电子系统的心脏，工业应用中，为系统前级或接口供电的电源一般都要求有高的抗干扰性能，各种隔离型的模块电源模块应运而生。你或许知道隔离电源的设计方案，但你真的能够设计出一款稳定的电源吗?本文为你揭秘。

一、电源模块为何需要隔离

1、保护人员避免受到物理和电气伤害

电源的隔离耐压在GB-4943国标中又叫抗电强度，这个GB-4943标准就是我们常说的信息类设备的安全标准，就是为了防止人员受到物理和电气伤害的国家标准，其中包括避免人受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。如下图1为隔离电源结构图。尤其是前级超出人体安全电压的直流DC-DC模块电源，如137.5VDC的铁路应用模块电源、光伏应用的1200VDC模块电源产品等，没有进行隔离的话，可能就会直接物理和电气伤害。在医疗行业，对电源的隔离要求更高，一般都要求是加强绝缘隔离，隔离越高漏电流越小，几个毫安的漏电流就可以夺走一个病人的生命。

图1 GB-4943标准

2、保护后级负载设备和系统

隔离型电源输入与输出隔离分开，在电源产品出现异常时，可对后级负载设备和系统的保护作用，避免其受到电击伤害、物理伤害、爆炸等伤害。常有看到遭受雷击浪涌、瞬间高压冲击损坏的电源产品，电路板上一大片面积的元器件被炸飞碳化掉，其实很多器件是被高压强压直接的串扰和辐射伤害到了，避免高压强压对后级弱电的伤害，隔离起到非常好的作用。

图2 后级负载损坏

3、提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力

隔离型电源去除隔离电路之间的接地环路，可切断共模、浪涌等干扰信号的传播路径，有效降低地电势差和导线耦合干扰的影响，能提高共模干扰抑制性能和抗干扰能力，利于对干扰信号比较敏感的后级系统使用及集成，像仪器仪表、数据采集仪、嵌入式系统等高精度高要求的产品或系统，已被越来越广泛的应用，在对于远程工业通信的供电上，一般都用隔离电源为每个通信节点单独供电。同时也具有更高的安全性和可靠性，尤其是EMC特性的传导骚扰、辐射骚扰和ESD静电放电等性能上也更好一些，且在系统中可轻松完成输出接线，而不与主接地发生冲突。

图3 仪器仪表

二、如何实现电源隔离

目前业界电源隔离方案主要有两种：一种是使用变压器磁隔离+光耦光电隔离组合实现初级侧与次级侧之间的电气隔离。这种方式，电路简单成熟普遍，较容易实现，能实现高输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能，满足目前电子产品的高性能要求。

图4 光耦隔离方案

另一种是只用变压器磁隔离的方案，这种变压器磁隔离原边反馈采样方式，对变压器的一致性要求比较高，且输出电压精度、线性调整率和负载调整率性能比较差。其实行业内也有人研究过采用压电陶瓷隔离，全新技术，性能很难达到前面两种方式，且仪器设备投入成本非常高，就基本没有再被研究推广使用。

图5 原边反馈采样方案

三、自主搭建VS模块方案

目前有部分工程师在设计产品时，电源的方案选择会有这么一种想法，会认为不就那几个物料，都知道物料型号，并且都知道它们的单价，电源模块的价格相对于物料的成本显得较为昂贵，这部分用户想通过分立器件自行搭建，下面就让我从几点给你讲解，为什么要选择采购电源模块产品使用。

1、 方案选择

在产品性能需求稍微明了之后，那接下来就是开始设计开发了，首先要做的就是电路方案的选取了，下面为大家列举一些比较常见的“反面教材”。

比如设计开发一个市电交流输入转直流输出的，很多人的第一时间就想到采用工频变换电路方案，因为此方案比较简单，一个工频变压器，再加上个整流滤波就可以搞定，如下图6所示。使用此方案的产品的效率非常低，并且产品的体积会非常之大，在应用中还伴随着让人非常闹心的工频涡流声。而模块方案选用合适的变压器，并且多重工序层层保证变压器的产品一致性，保证产品最终性能。

图6 变压器方案对比

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