如今，大多數高科技公司的運營都依賴于數據中心，即托管計算機系統和相關設備（如電源、存儲系統和電信基礎設施）的設施。通常，這些系統會實現某種類型的冗余功能，以確保在電源故障的情況下不會丟失數據或流量。術語“超大規模”是指這些系統能夠盡可能多地快速擴展以響應來自網絡的不斷增長的需求。

超大規模需要將更多的電力輸送到負載點。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向 48V 配電而不是傳統的 12V 配電的原因。

在過去幾年中，服務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 發展。這種功率的分配會產生更多的功率損耗（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 配電架構相比，可將功率損耗降低 16 倍。

Advanced Energy 的超大規模解決方案

Advanced Energy （AE） 是高度工程化精密電源轉換、測量和控制解決方案的全球領導者，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模和企業數據中心中計算和存儲應用程序的可靠性。

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

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，因為它們是 I 2的函數R. AE 在電源設計、設計和制造電源架、電源托盤和機架方面擁有 20 多年的專業知識。

Advanced Energy 超大規模數據中心技術營銷高級總監 Harry Soin 表示：“我們正在將我們的解決方案應用于數據中心，并且正在對其進行擴展。” “以前的功率密度約為 10 W/in。3；今天，我們談論的是 60、70、80 或 90 W/in。3 。 通過電子技術的創新以及我們在該領域擁有的技術和專利，這些結果是可能的。”

圖 1 顯示了數據中心的構建塊，特別強調了電力基礎設施。它們包括 AC/DC 電源、DC/DC 電源、電池備份單元 （BBU）、電源架和風扇托盤。

圖 1：數據中心的構建塊

“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 為超大規模和云領域的行業領導者提供多種架構。圖 2 顯示了解決超大規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 項目，在被稱為“超大規模”之前首先部署在微軟云服務器上。最初的電源功率為 1，000 W，后來發展到 1，600 W，后來發展到 2，100 W。這些用于服務器和 BBU 應用的嵌入式產品將從當前的 12-V 電源總線遷移到更高效的 48 -V 總線電壓。右側是 OCP ORv2 電源架，一個 21 英寸機架，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，無論有無 ATS，都可以獲得高達 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交流電壓下測得的（包括風扇損耗）。

“這條效率曲線顯示了 Open Rack 版本 3 電源架模塊實際上是如何超過了關于峰值效率的規范，由黃線表示，”Soin 說。“此外，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 ［底部綠線］。”

圖 3：ORv3 3kW 測量效率

AE 的 ORv3 30 kW 電源架支持星型、三角型和單相輸入配置，帶有適當的交流電鞭，并包括一個可熱插拔、與 DMTF Redfish 兼容的架子控制器，用于通過以太網進行簡單、安全的監視和控制。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范圍內的輸入電壓轉換為 48 V 輸出電壓。窄輸出電壓帶消除了過大的設計，并為下游 12V 負載實現了 4:1 比率的 DC/DC 轉換。電源架和整流器均完全符合 EN61000-4-5 和 EN55035 EMC 標準以及 IEC/UL/EN62368 安全標準。

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

審核編輯：郭婷