转向48V配电超大规模电源解决方案

大多数高科技公司的运营都依赖于数据中心——即托管计算机系统和相关设备（如电源、存储系统和电信基础设施）的设施。通常，这些系统会实现某种类型的冗余功能，确保在断电时不会丢失数据或流量。术语“超大规模”是指这些系统能够尽可能快地进行大规模扩展，以响应来自网络的不断增长的需求。

超大规模需要向负载点输送更多电力。然而，更多的功率通常受到可用空间和重量限制的限制。这就是为什么越来越多的公司转向 48V 配电而不是传统的 12V 配电的原因。

在过去几年中，服务器中使用的处理器的功率需求有所增加，从不到 100 W 增加到甚至更多 300 W，并且正在向 600 W 迈进。这种功率的分配会产生更多的功率损耗（与电流的平方成正比），这可以通过使用更高的电压分配来减少。例如，48V 与 12V 配电架构相比，功耗降低了 16 倍。

Advanced Energy 的超大规模解决方案

Advanced Energy （AE） 是高度工程化的精密电源转换、测量和控制解决方案的全球领导者，最近宣布了一种高密度、高效率的 48 V、30 kW 双馈 EIA 2 RU 电源架，可最大限度地减少功耗并提高超大规模和企业数据中心中计算和存储应用程序的可靠性。

新产品包括一个热插拔控制器、带有自动转换开关 （ATS） 的交流冗余 2RU 电源，最多可容纳 12 个 48-V、3-kW 开架式整流器，以 97% 的效率提供高达 30 kW 的功率。 嵌入式 ATS 功能在检测到初级交流电源损耗时将输入切换到次级交流电源，而不会中断输出电压。

总部位于科罗拉多州丹佛的 AE 一直专注于更高功率的效率，将电流降低了 4 倍。因此，功率损耗降低了 16 倍，因为它们是 I 2的函数R. AE 在电源设计、设计和制造电源架、电源托盘和机架方面拥有 20 多年的专业经验。

Advanced Energy 超大规模数据中心技术营销高级总监 Harry Soin 表示：“我们正在将我们的解决方案应用于数据中心，并对其进行扩展。” “以前的功率密度大约为 10 W/in。3 ; 今天，我们谈论的是 60、70、80 或 90 W/in。3 。 凭借电子技术的创新以及我们在该领域拥有的技术和专利，这些结果成为可能。”

图 1 显示了数据中心的构建块，特别强调了电力基础设施。它们包括 AC/DC 电源、DC/DC 电源、电池备份单元 （BBU）、电源架和风扇托盘。

图 1：数据中心的构建块

“我们已经将我们的产品发展为机架规模的基础设施，”Soin 说。“我们由 AC/DC 和 DC/DC 电源组成的传统市场已经发展到电源架。这意味着我们通过一个架子而不是 40 或 80 个单独的 PSU 为整个机架供电。”

AE 为超大规模和云领域的行业领导者提供多种架构。图 2 显示了解决超大规模的不同电源解决方案及其发展过程。左上角是 Open CloudServer （OCS） 和 Olympus 项目，在被称为“超大规模”之前首先部署在 Microsoft 云服务器上。最初的电源功率为 1，000 W，后来演变为 1，600 W，后来达到 2，100 W。这些用于服务器和 BBU 应用的嵌入式产品将从当前的 12-V 电源总线迁移到更高效的 48 -V 总线电压。右侧是 OCP ORv2 电源架，这是一个配备 3.3 千瓦、12 伏 PSU 的 21 英寸机架。右下角是上一代 19 英寸 48 V 电源架，基于 3 kW 或 4.5 kW PSU 模块。无论有没有 ATS，在 2U 中使用 N+1 可获得高达 33 kW 的功率。

图 2：AE 电源解决方案概览

3 kW ORv3 整流器的效率曲线如图 3 所示。峰值效率等于 97.83%，是在 277V交流电压下测量的（包括风扇损耗）。

“该效率曲线显示了 Open Rack 第 3 版电源架模块实际上如何超出了有关峰值效率的规范，由黄线表示，”Soin 说。“此外，不同交流电压（277 V AC、240 V AC和 230 V AC）下的满载效率始终高于最低效率目标 ［底部绿线］。”

图 3：ORv3 3-kW 实测效率

AE 的 ORv3 30 kW 电源架支持星形、三角形和单相输入配置，带有适当的交流电鞭，并包括一个可热插拔、与 DMTF Redfish 兼容的架控制器，可通过以太网进行简单、安全的监视和控制。3-kW、48-V 整流器是单相 AC/DC 电源装置，可将 200 V AC至 277 V AC范围内的输入电压转换为 48-V 输出电压。窄输出电压带消除了过大的设计，并为下游 12V 负载实现了 4:1 的 DC/DC 转换。电源架和整流器均完全符合 EN61000-4-5 和 EN55035 EMC 标准以及 IEC/UL/EN62368 安全标准。

为了实现这种出色的效率水平，需要氮化镓和碳化硅等宽带隙半导体。由于这些材料具有较低的寄生电容，从而降低了开关损耗、较低的导通电阻 （R DS（on） ） 以及没有反向恢复损耗，因此这些材料可增强功率因数校正。它们将成为下一代电源的基石。