CN114679073B - 一种数据中心电源模块和模块化供电电源 - Google Patents

一种数据中心电源模块和模块化供电电源 Download PDF

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Abstract

本发明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。

Description

一种数据中心电源模块和模块化供电电源
技术领域
本发明属于电力电子电能变换技术领域，涉及一种数据中心电源模块和模块化供电电源。
背景技术
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。
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。
发明内容
本发明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。
本发明的目的是由以下技术方案实现的：
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；
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；
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；
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。
作为本发明的进一步改进，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。
作为本发明的进一步改进，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；
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。
作为本发明的进一步改进，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；
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。
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；
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。
作为本发明的进一步改进，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；
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。
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。
作为本发明的进一步改进，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。
作为本发明的进一步改进，所述三相中压交流端口的构成方式，包括：
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(A0+，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(B0+，B0-)、C0(C0+，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；
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(A1+，A1-)、A2(A2+，A2-)……Ak(Ak+，Ak-)，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。
作为本发明的进一步改进，所述低压直流端口的构成方式包括：
当每个数据中心电源模块的直流接口电路是直连导线时，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口互相并联连接，直接构成模块化供电电源的总低压直流端口(h,l)；或者各数据中心电源模块的直流端口互相并联连接后，再级联一个直流/直流变换器，经LC滤波后形成总低压直流端口(h,l)；
当每个数据中心电源模块的直流接口电路是单相半桥电路或其它直流/直流变换器时，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口经LC滤波后再互相并联连接，形成模块化供电电源的总低压直流端口(h,l)。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的模块化供电电源的交流端口三相之间波动的功率可以通过耦合的变压器磁路进行部分或全部抵消以大幅度减少模块内用于缓存波动功率的直流侧电容器的容值，进而可用薄膜电容器替代传统的电解电容，既减小了体积和重量又克服了寿命方面的缺陷；本发明的模块化供电电源采用高频变压器替换传统工频变压器，使其具有更小的体积和重量，大幅度减少了磁元件的体积和重量，提高了设备的功率密度；
本发明的模块化供电电源将多级电能变换设备集中到一个设备中，避免的多级设备间的线路损耗，同时引入谐振技术，确保绕组的准正弦波电流与方波电压几乎同相位，使得高频变流器中的开关器件在开通和关断时承担极小的电流应力，即使工作在较高的开关频率下仍产生较小的开通和关断损耗，以解决高效率的技术难点；本发明的模块化供电电源可以通过增加多绕组高频变压器的绕组数实现端口的任意拓展；本发明的模块化供电电源具有模块一体化和高集成度，结构清晰、控制简单、利于工业化生产、易于进行系列化设计。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明数据中心电源模块的结构示意图；
图2是本发明模块化供电电源的三相中压交流端口的构成示意图；
图3是本发明模块化供电电源的低压直流端口的构成示意图；
图4是本发明实施例的模块化供电电源结构示意图；
图5是本发明实施例的仿真波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将结合附图及具体的实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的范围。
电力系统正向“源–网–荷–储”协调优化运行的新阶段发展，并将成为未来能源互联网的核心和纽带，作为未来电力网络枢纽的电能路由器具有巨大的经济潜力。本发明的电能路由器具有多交直流端口，每个端口都实现了电气隔离，直流侧电容容值小，端口可任意拓展，具有模块一体化和高集成度，结构清晰、控制简单、利于工业化生产、易于进行系列化设计和灵活潮流控制等优点，可满足作为电力网络枢纽的各种功能要求，具有可期待经济效益。
能源互联网是电力系统未来的发展趋势，而电能路由器可成为未来电力网络的枢纽，负责管理和控制子网内的能量流动以及子网和主干网之间的能量交换，但目前已经提出的电能路由器电路结构存在一些技术问题。
本发明的电能路由器提出了一种新的电路结构，可解决目前典型的电能路由器电路结构存在的无法提供中压直流端口、直流侧电容容值大、模块集成化程度不高、端口不易拓展的问题，有希望成为国内未来技术市场的优选。具体地，当缓冲支路为LC串联谐振支路，且高频变流器的开关频率接近于谐振频率时，高频变流器直流侧电容两端直接引出构成直流端口，高频变流器可以是半桥或全桥电路；通过对各绕组间功率进行解耦，然后调节各绕组高频变流器产生的方波电压的移相角实现绕组间功率自由分配和能量路由。
请参阅图1，图1是本发明数据中心电源模块的结构示意图。如图1中(a)所示，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(n1≥1)个绕组用于构造交流输入电路。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。
多绕组高频变压器中的n2(n2≥1)个绕组用于构造直流输出电路。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。
多绕组高频变压器中的n3(n3≤1)个绕组用于构造模块间功率均衡电路。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。
具体地，多绕组高频变压器的绕组数是两绕组、三绕组、至n绕组；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；所述多绕组高频变压器各绕组间的变比可根据需要任意设定。
具体地，工频整流器是单相全桥电路。
具体地，高频变流器的结构可以是如图1中(e)-(h)所示任意一种，包括包括单相半桥、单相全桥、三电平或多电平单相半桥、三电平或多电平单相全桥。
具体地，直流接口电路的结构如图1中(b)和(e)所示任意一种，包括直连导线、单相半桥电路或其它直流/直流变换器。
具体地，缓冲支路的结构可以是如图1中(c)和(d)所示任意一种，包括LC串联谐振支路和单L支路，缓冲支路中的电感可以是变压器绕组的漏感。
具体地，如图1中(e)所示，两电平单相半桥电路包括两个功率开关管S1、S2，功率开关管S1和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。
具体地，如图1中(f)所示，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。
具体地，如图1中(h)所示，三电平单相半桥电路包括四个功率开关管S1、S2、S3、S4和两个二极管D1、D2，功率开关管S1和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。
具体地，如图1中(g)所示，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。
具体地，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可以是二极管或IGBT、MOSFET等其它任意全控型开关器件。
具体地，当高频变流器的开关频率等于谐振频率时，电源模块中所有选用LC谐振支路的高频变流器同步运行，所有选用单L支路的高频变流器移相运行；
具体地，当高频变流器的开关频率不等于谐振频率时，电源模块中所有的高频变流器均移相运行。
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，实现模块化供电电源的增压或扩容。
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。
本发明模块化供电电源的低压直流端口和三相中压交流端口的构成方法如下。
关于三相中压交流端口介绍如下：
请参阅图2，图2是本发明模块化供电电源的三相中压交流端口的构成示意图。三相中压交流端口的构成有两种方式，分别为：
(1)一个数据中心电源模块中有n1(n1≥1)个交流端口，其中m个交流端口正负极依次串联构成交流端口A0(A0+，A0-)，同理构成交流端口B0(B0+，B0-)和C0(C0+，C0-)，A0、B0和C0引出为一个数据中心电源模块的三个交流端口。
具体地，如图2中(a)所示，模块化供电电源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A0(A0+，A0-)端口的正负端子在模块间依次串联构成A相电路；同时每个模块的B0(B0+，B0-)、C0(C0+，C0-)端口的正负端子在模块间分别串联连接构成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。
(2)构成A相的每个数据中心电源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(A1+，A1-)、A2(A2+，A2-)……Ak(Ak+，Ak-)；构成B相的每个数据中心电源模块内的交流端口正负端子依次串联构成单相交流端口B1(B1+，B1-)、B2(B2+，B2-)……Bk(Bk+，Bk-)；构成C相的每个数据中心电源模块内的交流端口正负端子依次串联构成单相交流端口C1(C1+，C1-)、C2(C2+，C2-)……Ck(Ck+，Ck-)。
具体地，如图2中(b)所示，数据中心电源模块中存在高频谐振端口，构成A相的每个数据中心电源模块引出的交流端口A1(A1+，A1-)、A2(A2+，A2-)……Ak(Ak+，Ak-)的正负端子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，k个数据中心电源模块的各高频谐振端口(h1，l1)并联构成公共高频交流母线。
关于低压直流端口介绍如下：
请参阅图3，图3是本发明模块化供电电源的低压直流端口的构成示意图。
具体地，具体地，如图3中(a)所示，每个数据中心电源模块的直流接口电路是单相半桥电路或其它直流/直流变换器，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口经LC滤波后再互相并联连接，形成模块化供电电源的总低压直流端口(h，l)。
具体地，如图3中(b)所示，每个数据中心电源模块的直流接口电路是直连导线，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口(h0，l0)互相并联连接，直接构成模块化供电电源的总低压直流端口(h，l)。
具体地，如图3中(c)所示，每个数据中心电源模块的直流接口电路是直连导线，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口(h0，l0)互相并联连接后，再级联一个直流/直流变换器，经LC滤波后形成总低压直流端口(h，l)。
基于本发明提出的三相中压交流端口和低压直流端口的各种构成方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它构成方式，如不同构成方式间的各种组合以及基于本发明已提出各种构成方式所衍生出的方法，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例
请参阅图4，图4是本发明实施例的模块化供电电源拓扑图。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具体地，如图4中(a)所示，一个数据中心电源模块中，高频变压器为十二绕组，其中有十个交流端口、一个直流端口和一个高频均衡端口。工频整流器、高频变流器是单相全桥电路，缓冲支路为LC串联谐振支路。直流接口电路是单相半桥电路，与其相连的高频变流器的电力电子器件可以是二极管或IGBT、MOSFET等任意全控型开关器件。模块内十个交流端口正负极依次串联构成交流端口A(A1+，A1-)。
具体地，如图4中(b)所示，三个数据中心电源模块分别引出交流端口A(A1+，A1-)，B(B1+，B1-)和C(C1+，C1-)，三个交流端口的正极直接引出形成三相中压交流端口(A，B，C)，负极连接在一起构成中性点N。三个数据中心电源模块各直流端口(h0，l0)的正极先串联一个电感，然后依次并联构成低压直流端口(h，l)，(h，l)再连接一个滤波电容。三个数据中心电源模块的高频谐振端口(h1，l1)依次并联构成公共高频交流母线。
具体地，三相中压交流端口(A，B，C)分别串联一个电感后接三相中压交流源，低压直流端口(h，l)接直流负载。
以上述思路设计的模块化供电电源模型的仿真参数汇集在表1中，据此通过Matlab/Simulink构建的模块化供电电源仿真模型达到了预期设计目标并实现了控制功能。仿真波形汇集在图5中。
图5是本发明实施例的仿真波形图。如图5所示，(a)是三相电网电压波形；(b)是三相电网电流波形；(c)是低压直流输出电压波形；(d)是低压直流输出电流波形；(e)是输出功率波形；(f)是A相电压调制波形；(g)是谐振腔电压电流波形；(h)是直流侧电容电压波形。
当仿真模型正常启动后，负载为半载，输出功率为额定功率的一半，三相电网电压和电流实现了同相位以保证高功率因数运行，输出电压稳定在240VDC。在t＝0.2s时刻，负载突变为满载，系统以额定功率输出，输出电压基本无波动，三相电网电流和输出电流在很短的时间内迅速达到新的稳态，输出电压在负载切换前后保持不变，证明数据中心电源仿真模型工作正常。
在整个仿真过程中，直流侧电容电压波动很小，这说明三相之间波动的功率可以通过耦合的变压器磁路进行部分或全部抵消，从而大幅度减少模块内用于缓存波动功率的直流侧电容器的容值，进而可用薄膜电容器替代传统的电解电容，证明了本发明既可以减小体积和重量又能够克服寿命方面缺陷的优势。
谐振腔内绕组的准正弦波电流与方波电压几乎同相位，这使得高频变流器中的开关器件在开通和关断时承担了极小的电流应力，即使工作在较高的开关频率下仍产生较小的开通和关断损耗，证明了本发明高效率的优势。
表1数据中心电源仿真参数
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，而不是全部的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施例和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。
以上，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方案进行修改或者等同替换，而这些并未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

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；
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；
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、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；
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，功率开关管/>和功率开关管S2串联形成第一桥臂，功率开关管/>和/>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/>的正极与二极管/>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/>的负极与直流电容/>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/>的正极和/>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；
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。
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是两绕组、三绕组、至 />绕组；/>；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：
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；
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。
4.一种模块化供电电源，其特征在于：包括一个或多个如权利要求1至3任一项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。
5.根据权利要求4所述的模块化供电电源，其特征在于：
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。
6.根据权利要求4所述的模块化供电电源，其特征在于：
所述三相中压交流端口的构成方式，包括：
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/>、 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；
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、……/>，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。
7.根据权利要求4所述的模块化供电电源，其特征在于：
所述低压直流端口的构成方式包括：
当每个数据中心电源模块的直流接口电路是直连导线时，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口互相并联连接，直接构成模块化供电电源的总低压直流端口；或者各数据中心电源模块的直流端口互相并联连接后，再级联一个直流/直流变换器，经LC滤波后形成总低压直流端口/>；
当每个数据中心电源模块的直流接口电路是单相半桥电路或其它直流/直流变换器时，构成模块化供电电源的k个模块的直流端口经LC滤波后再互相并联连接，形成模块化供电电源的总低压直流端口。
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