过渡到48V可提高超大规模和云电源解决方案的效率

如今，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，以确保在电源故障的情况下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多地快速扩展以响应来自网络的不断增长的需求。

超大规模需要将更多的电力输送到负载点。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 上升到甚至超过 300 W，并且正在向 600 W 发展。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，可将功率损耗降低 16 倍。

Advanced Energy 的超大规模解决方案

Advanced Energy （AE） 是高度工程化精密电源转换、测量和控制解决方案的全球领导者，最近宣布推出一款高密度、高效率 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，可容纳多达 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。

AE 的总部位于科罗拉多州丹佛市，一直专注于提高功率的效率，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 多年的专业知识。

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，并且正在对其进行扩展。” “以前的功率密度约为 10 W/in。3；今天，我们谈论的是 60、70、80 或 90 W/in。3 。 通过电子技术的创新以及我们在该领域拥有的技术和专利，这些结果是可能的。”

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

“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 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演变过程。左上角是 Open CloudServer （OCS） 和 Olympus 项目，在被称为“超大规模”之前首先部署在微软云服务器上。最初的电源功率为 1，000 W，后来发展到 1，600 W，后来发展到 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，一个 21 英寸机架，配备 3.3 kW、12 V PSU。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。在 2U 中使用 N+1 时，无论有无 ATS，都可以获得高达 33 kW 的功率。

图 2：AE 电源解决方案概述

3kW 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交流电压下测得的（包括风扇损耗）。

“这条效率曲线显示了 Open Rack 版本 3 电源架模块实际上是如何超过了关于峰值效率的规范，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 3kW 测量效率

AE 的 ORv3 30 kW 电源架支持星型、三角型和单相输入配置，带有适当的交流电鞭，并包括一个可热插拔、与 DMTF Redfish 兼容的架子控制器，用于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 比率的 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。

为了实现这一出色的效率水平，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，因此这些材料增强了功率因数校正。它们将成为下一代电源的基石。

审核编辑：郭婷