UPS亲兄弟-华为5000E与艾默生APM设计细节对比

1先八卦一下华为和艾默生的关系：卖家与买主艾默生是美国第二大电气公司，排名仅次于通用电气；华为是中国第一大高科技公司，主营通信产品。2000年，欧美网络泡沫破裂，而中国市场一枝独秀，但极具危机感的华为总裁任正非与2001年3月在华为内刊上发表了“华为的冬天”，预见了中国市场的紧缩危机。并于同年将从事电源研发制造的子公司“华为（安圣）电气”以60亿人民币的价格出售给美国第二大电气公司－艾默生，协议中有3年供货与5年禁业协议，即华为3年内继续从艾默生购买电源配套产品，5年内不在重新从事同类产品研发制造。2001年～2002年，华为与中兴经历了国内通信行业的市场紧缩，甚至出现了大批预签的应届毕业生实习后再离职的窘况，而华为手握大笔现金，挺过了苦难时期，成功出售华为电气也是一个有利的因素。华为电气当年的销售额高达27亿元，主力产品是通信电源（10亿）、模块及板装电源（7亿）、动力监控（4亿元）、变频器（2亿）、电力电源（0.8亿元）、UPS（0.2亿元）、服务产品等。先八卦一下华为和艾默生的关系：卷土重来的竞争对手禁业协议到期后，华为即开始大张旗鼓的重新开始电源产品的配套与研发；而且是从艾默生直接高薪回聘研发与市场人员，而艾默生由于华为的巨大配套采购金额，只能忍气吞声，并困惑不已（大概国外没有这种卖掉公司再回头重来的卖家吧，这个可是中国啊）；华为最先开始研制的是通讯设备内置的模块及板装电源，属于自用的范畴，为了节省成本也说得过去；再下一步，华为研制的就是48V的通信电源了，这就已经和艾默生直接竞争了；随后，华为在2010年提出再创造一个“艾默生网络能源”，目标是发展出一个50亿美元的网络基础设备公司，这就是全面竞争了；同期华为从艾默生挖了大批人员，从研发、市场到产品规划等等，发展了太阳能逆变器、变频器、UPS、机房空调、机房总包服务等等，艾默生几乎傻了眼。华为的商业调查能力是极强的，据说艾默生内部员工的档案华为都有，不消说员工的工资奖金，就连父母妻儿的信息都有，笔者认识的一位研发骨干，华为为了挖人，连他父母、妻子都邀请到华为去参观考察了，当真厉害。不过这位骨干离职后加入其他公司创业去了。华为与艾默生的UPS的关系：同母异父的亲兄弟重大博士张晓飞团队华为技术有限公司2010~2013研发5000系列2007-2009研发APM、APM系列艾默生网络能源有限公司华为的5000E艾默生的APM单个机柜可安装8个模块，功率高达320kVA，但只安装手动维修开关单个机柜可安装5个模块，功率150kVA，除系统的输入输出维修开关外，还可以内置54路智能输出配电或72路普通输出配电开关。•华为的40k功率模块是在艾默生的30k功率模块基础上发展而来；•UPS高度：3U,130mm(H)*442mm(W)*620mm(D)；重量：32kg华为的40k功率模块艾默生的30k功率模块二者外部设计基本一致，华为模块的后部出风口更大些。•一脉相承的前置可拆式风扇面板输出接口板逆变电路板整流电路板输入接口板华为将整流不逆变分别布置在2个电路板上，不艾默生将30k分为2个15k的整流逆变板丌同；华为电路板是上下对扣的，艾默生是上下叠层。电池接入熔丝输入端子信号联接器交流输入熔丝市电与电池切换SCR整流与电池升压IGBT电感华为的器件数量和电感的使用似乎比较少，对散热有利，但电感似乎比30k的还少。这个要列出清单来分析。HW5000E40kAPM30k功能部分器件说明器件厂家器件型号器件描述数量器件厂家器件型号器件描述数量整流/电池整流/电池放电SCRIXYSCLA50E1200HB50A/1200V24IXYS/VISHAYCS60-16io1/70TPS16PBF1600V-60A24PFC电感FeSi26,T46.7/24.13/18.03*239匝6海光750uH，18AFeSiAl60,T46.7/24.13/18.03*212整流IGBTinfineonK50H60350A600V18infineonSPW47N60C3MOSFET-600V-47A24整流二极管Vishay60EPU0660A600V12MICROSEMI/IIXYSAPT60D60BG/DSEI60-06A600V/60A12母线电容JianghaiCD294450V/680uF450V/680uF26JianghaiCD294-450V470uF36逆变/输出电路逆变IGBTinfineonK75T6075A,600V24infineonSPW47N60CFD绝缘栅场效应管-N沟道-600V-46A48嵌位二极管Vishay60EPU0660A600V12MICROSEMI/IIXYSAPT60D60BG/DSEI60-06A600V/60A12逆变电感FeSi26,T46.7/24.13/18.03*3三个磁环，4*1.6绕线25匝3海光320uH，25AFeSiAl60,T46.7/24.13/18.03*26输出继电器TET92S7D12-12电磁继电器-12VDC-30a-250VAC2TET92S7D12-24电磁继电器-24VDC-30a-250VAC2风扇电路轴流风扇DELTATHB1212B,12vDC3AHUAWEIP/N:32030099，8000转/min3AFB1224SHE-8V20风扇-DC-24V-3800rpm-3功能部分器件说明HW50000Emerson整流/电池整流/电池放电SCR63%100%PFC电感38%100%整流IGBT/MOSFET60%100%整流二极管75%100%母线电容78%100%逆变/输出电路逆变IGBT61%100%嵌位二极管75%100%逆变电感56%100%输出继电器75%100%风扇电路轴流风扇转速162%100%0%20%40%60%80%100%120%140%160%180%HW50000EmersonNX器件数量型号不够直观，我们把买个功能单元的器件电流值与数量相乘在除以模块功率，算出每KVA平均值来看这两个模块在器件使用上的差异。华为UPS系统配电电缆单位载流偏大，设计基本无余量华为40k模块交流和电池输入同艾默生30k模块一样，输出电缆的额定载流比艾默生还小；Huawei5000E40k的电缆配电规格如下艾默生APM30k的电缆配电规格如下描述型号截面积和数量单根线缆额定参数输入线缆UL10158#1X8平方600V/83A/105℃输出线缆VDE10mm21X10方450V/63A/105℃旁路线缆UL10152#2X33平方600V/180A/105℃电池线缆UL10158#2X8平方600V/83A/105℃描述型号截面积和数量单根线缆额定参数输入线缆UL10158#1X8平方600V/83A/105℃输出线缆UL10158#1X8平方600V/83A/105℃电池线缆UL10158#2X8平方600V/83A/105℃整流IGBT对比：华为40k用50AIGBT(×18)，相比APM30k47AMOSFET(×24)，相当于每相使用器件电流：华为150A，艾默生188A厂家器件参数对比HW5000E40kAPM30k器件说明器件厂家器件型号器件描述数量器件厂家器件型号器件描述数量整流IGBT/MOSFETinfineonK50H603IGBT50A600V18infineonSPW47N60C3MOSFET600V-47A-0.06Ω24逆变IGBT对比：华为40k用75AIGBT(×24)，折算为45A/k；相比APM30k46AMOSFET(*48)，折算为73.6A/k，华为设计余量明显相对偏小华为每相器件电流值为150A，艾默生为184A；40k额定电流60A，峰值比1:3时，器件需能够满足180A，华为的设计最多只能满足1:2.5的峰值比。厂家器件参数对比HW5000E40k艾默生30k器件说明器件厂家器件型号器件描述器件厂家规格书数量器件厂家器件型号器件描述数量逆变IGBTinfineonK75T6075A,600V24infineonSPW47N60CFD600V-46A48直流母线电容对比：华为40k用680uF(×26)，折算为442uF/k;APM30k470uF(×36)折算为564uF/k，母线电容温升和纹波电流艾默生的30k会更小，相应设计使用寿命更长华为HW5000E40k艾默生30k器件说明器件厂家器件型号器件描述器件厂家规格书数量器件厂家器件型号器件描述数量母线电容JianghaiCD294450V/680uF450V/680uF26JianghaiCD294-450V470uF36输出继电器对比：华为40k和艾默生30k都用30A(×2，两极并联)，APM30k额定电流45A；厂家规定单极最大分段电流为30A，按使用规范，2极并联，一致性的差异需要器件降额使用。艾默生器件降额0.75使用，确保使用可靠。理论上40kVA满载输出电流就有60A，即使不考虑硬件并联时的不一致性所需的器件使用降额，对于UPS过载125%输出10min和过载150％输出1min的电流值，分别是75A和90A以上，这个继电器的电流就不够用了。显然华为的设计基本上是不考虑安全降额的。厂家器件参数HW5000E40k艾默生30k器件说明器件厂家器件型号器件描述器件厂家规格书数量器件厂家器件型号器件描述数量输出继电器TET92S7D12-12电磁继电器-12VDC-30a-250VAC1TET92S7D12-24电磁继电器-24VDC-30a-250VAC1风扇对比：华为40k风扇型号为THB1212B(*3),风扇转速8000转/min，艾默生30k风扇型号AFB1224SHE,风扇转速3700转/min；华为用了达8000转/min的风扇，固然获得良好的散热风量，并得以节省了功率器件的设计裕量，但使用寿命值得关注。华为单机柜最大320kW，按照4%的损耗接近13kW的热量，对散热也颇有挑战。其他对比：电感磁芯，华为大概是艾默生的一半数量；功率二极管华为使用量与艾默生相同，但单位功率只有艾默生的75%。艾默生的研发团队到华为后，成功的实现了成本比艾默生低30%or功率增加30%的业绩考核目标。华为的模块在器件用料上比艾默生节省30%左右。如果考虑到UPS实际应用中普遍存在的冗余使用，华为的设计同样能够在大马拉小车时保证足够的可靠性，但是这类不考虑器件裕量或额定功率的设计是否合理？可靠性和寿命如何，还有待验证。华为研发的成本消减方式和方法，如果是以牺牲传统电气设计理念的模式进行，并刻意利用用户本身用来提高可靠性的功率冗余来降低自身的设计裕量，并且在行业中大行其道的化，也许未来UPS行业将进入降低可靠性和裕量设计，来迎合用户片面成本需求的道路。