過渡到48V可提高超大規(guī)模和云電源解決方案的效率

如今，大多數(shù)高科技公司的運(yùn)營(yíng)都依賴于數(shù)據(jù)中心，即托管計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備（如電源、存儲(chǔ)系統(tǒng)和電信基礎(chǔ)設(shè)施）的設(shè)施。通常，這些系統(tǒng)會(huì)實(shí)現(xiàn)某種類型的冗余功能，以確保在電源故障的情況下不會(huì)丟失數(shù)據(jù)或流量。術(shù)語(yǔ)“超大規(guī)模”是指這些系統(tǒng)能夠盡可能多地快速擴(kuò)展以響應(yīng)來自網(wǎng)絡(luò)的不斷增長(zhǎng)的需求。

超大規(guī)模需要將更多的電力輸送到負(fù)載點(diǎn)。然而，更多的功率通常受到可用空間和重量限制的限制。這就是為什么越來越多的公司轉(zhuǎn)向 48V 配電而不是傳統(tǒng)的 12V 配電的原因。

在過去幾年中，服務(wù)器中使用的處理器的功率需求有所增加，從不到 100 W 上升到甚至超過 300 W，并且正在向 600 W 發(fā)展。這種功率的分配會(huì)產(chǎn)生更多的功率損耗（與電流的平方成正比），這可以通過使用更高的電壓分配來減少。例如，48V 與 12V 配電架構(gòu)相比，可將功率損耗降低 16 倍。

Advanced Energy 的超大規(guī)模解決方案

Advanced Energy （AE） 是高度工程化精密電源轉(zhuǎn)換、測(cè)量和控制解決方案的全球領(lǐng)導(dǎo)者，最近宣布推出一款高密度、高效率 48-V、30-kW 雙饋 EIA 2 RU 電源架，可最大限度地減少功耗并提高超大規(guī)模和企業(yè)數(shù)據(jù)中心中計(jì)算和存儲(chǔ)應(yīng)用程序的可靠性。

新產(chǎn)品包括一個(gè)熱插拔控制器、帶有自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān) （ATS） 的交流冗余 2RU 電源，可容納多達(dá) 12 個(gè) 48-V、3-kW 開架式整流器，以 97% 的效率提供高達(dá) 30 kW 的功率。 嵌入式 ATS 功能在檢測(cè)到初級(jí)交流電源損耗時(shí)將輸入切換到次級(jí)交流電源，而不會(huì)中斷輸出電壓。

AE 的總部位于科羅拉多州丹佛市，一直專注于提高功率的效率，將電流降低了 4 倍。因此，功率損耗降低了 16 倍，因?yàn)樗鼈兪?I 2的函數(shù)R. AE 在電源設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)和制造電源架、電源托盤和機(jī)架方面擁有 20 多年的專業(yè)知識(shí)。

Advanced Energy 超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心技術(shù)營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān) Harry Soin 表示：“我們正在將我們的解決方案應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，并且正在對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展?！?“以前的功率密度約為 10 W/in。3；今天，我們談?wù)摰氖?60、70、80 或 90 W/in。3 。 通過電子技術(shù)的創(chuàng)新以及我們?cè)谠擃I(lǐng)域擁有的技術(shù)和專利，這些結(jié)果是可能的。”

圖 1 顯示了數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建塊，特別強(qiáng)調(diào)了電力基礎(chǔ)設(shè)施。它們包括 AC/DC 電源、DC/DC 電源、電池備份單元 （BBU）、電源架和風(fēng)扇托盤。

圖 1：數(shù)據(jù)中心的構(gòu)建塊

“We have evolved our product to rack scale infrastructure，” said Soin. “Our traditional market， consisting of AC/DC and DC/DC power supplies， has grown to power shelves. The implication is that we are powering the entire rack through one shelf rather than 40 or 80 individual PSUs.”

AE 為超大規(guī)模和云領(lǐng)域的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者提供多種架構(gòu)。圖 2 顯示了解決超大規(guī)模的不同電源解決方案及其演變過程。左上角是 Open CloudServer （OCS） 和 Olympus 項(xiàng)目，在被稱為“超大規(guī)模”之前首先部署在微軟云服務(wù)器上。最初的電源功率為 1，000 W，后來發(fā)展到 1，600 W，后來發(fā)展到 2，100 W。這些用于服務(wù)器和 BBU 應(yīng)用的嵌入式產(chǎn)品將從當(dāng)前的 12-V 電源總線遷移到更高效的 48 -V 總線電壓。右側(cè)是 OCP ORv2 電源架，一個(gè) 21 英寸機(jī)架，配備 3.3 kW、12 V PSU。右下角是上一代 19 英寸 48 V 電源架，基于 3 kW 或 4.5 kW PSU 模塊。在 2U 中使用 N+1 時(shí)，無論有無 ATS，都可以獲得高達(dá) 33 kW 的功率。

圖 2：AE 電源解決方案概述

3kW ORv3 整流器的效率曲線如圖 3 所示。峰值效率等于 97.83%，是在 277V交流電壓下測(cè)得的（包括風(fēng)扇損耗）。

“這條效率曲線顯示了 Open Rack 版本 3 電源架模塊實(shí)際上是如何超過了關(guān)于峰值效率的規(guī)范，由黃線表示，”Soin 說?！按送?，不同交流電壓（277 V AC、240 V AC和 230 V AC ）下的滿載效率始終高于最低效率目標(biāo) ［底部綠線］。”

圖 3：ORv3 3kW 測(cè)量效率

AE 的 ORv3 30 kW 電源架支持星型、三角型和單相輸入配置，帶有適當(dāng)?shù)慕涣麟姳?，并包括一個(gè)可熱插拔、與 DMTF Redfish 兼容的架子控制器，用于通過以太網(wǎng)進(jìn)行簡(jiǎn)單、安全的監(jiān)視和控制。3 kW、48 V 整流器是單相 AC/DC 電源裝置，可將 200 V AC至 277 V AC范圍內(nèi)的輸入電壓轉(zhuǎn)換為 48 V 輸出電壓。窄輸出電壓帶消除了過大的設(shè)計(jì)，并為下游 12V 負(fù)載實(shí)現(xiàn)了 4:1 比率的 DC/DC 轉(zhuǎn)換。電源架和整流器均完全符合 EN61000-4-5 和 EN55035 EMC 標(biāo)準(zhǔn)以及 IEC/UL/EN62368 安全標(biāo)準(zhǔn)。

為了實(shí)現(xiàn)這一出色的效率水平，需要氮化鎵和碳化硅等寬帶隙半導(dǎo)體。由于這些材料具有較低的寄生電容，從而降低了開關(guān)損耗、較低的導(dǎo)通電阻 （R DS（on） ） 以及沒有反向恢復(fù)損耗，因此這些材料增強(qiáng)了功率因數(shù)校正。它們將成為下一代電源的基石。

審核編輯：郭婷