快速增長的數字宇宙中的服務器電源

　　3 48等于新的12

　　48V配電設計在一些重要方面不同于超過配電方案操作潛力的12V系統。最值得注意的是，48V配電系統可以用一個400V/480V三相整流器來替代PDU變壓器和銀盒(原理圖示例如圖2所示)。一個現代整流器可產生約3%的總諧波失真，且很少超過5%，即使是在輕負載條件下。整流器數目的減少(由于較高的單位功率)和線路電流所消耗的本來就較低的諧波含量，導致系統級電流波形諧波要低得多。

　　服務器運營商可以充分利用現有400V/480V三相AC至48V DC設備的規(guī)模經濟，這些設備已在電信和其他48V應用中廣泛使用。一個典型10kW單元僅需2U(89 mm)的機架高度，即可提供≥97%的轉換效率和<5%的總諧波失真。相比之下，400V/480V三相到12V整流器是不實用的，因為它有非常高的電流輸出。

　　導通損耗和導線尺寸的實際限制限制了電力可以經濟地傳輸，例如基于12V機架的系統達到約5kW;使用相同輸電基礎架構的48V配電可以提供20kW——足以從一個三相整流器為整個服務器機架供電。

　　消除了機架中單相AC的DC配電戰(zhàn)略還簡化了電池備份的實現：電池組不需要通過一臺UPS逆變器來升頻轉換(up convert)，進而驅動AC-DC轉換器。相反，48V備用電池可以通過一個管理轉換、電池充電、電池監(jiān)測和狀態(tài)報告的最小控制界面來驅動IT負載。

　　日益轉向48V配電要求系統設計人員重新思考自己的板電源(board-power)策略。有幾個可以考慮的選項，不過也有一些比12V設計使用的選項更簡單和尺寸更小。一個例子是Vicor的符合48V英特爾VR12.5標準的參考設計，它可以消除一個中間轉換級。Vicor的方法避免了多相位轉換拓撲結構，從而減少了元件數量，并有助于在流行的36~60V電信電壓范圍實現直接連接電源(包括備份)。元件數量的減少和更小的儲能要求允許設計人員讓電源傳送電路(power train)更靠近處理器，進而降低與PCB走線長度大致成正比的損耗和寄生電感。

　　對于處理器和內存之外的板上負載，單級降壓預計將實現整個服務器板的48V配電。隨著越來越高的功率密度需求，散熱設計成為了一個日益受到關注的問題。封裝技術，如Vicor的轉換器級封裝(Converter housed in Package，ChiP)平臺兼容了雙面冷卻，可以簡化熱-機械設計。

　　4 小結

　　總體而言，48V配電設計比12V方案使用的材料更少，需要的銅更少。利用Vicor的符合48V英特爾VR12.5標準的解決方案，也避免了使用電解電容器。凈效應是更高的可靠性、更好的可擴展性和更高的功率密度。

　　參考文獻：
　　[1]IDC.Digital Universe Study. December, 2012
　　[2]Cisco Systems.Cisco Visual Networking Index: Forecast and Methodology, 2012-2017.May, 2013
　　[3]Meeker, Mary and Liang Wu.Internet Trends D11 Conference (presentation), KPCB.May 29,May 29, 2013.
　　[4]ABI Research.Surge in video will drive global data traffic to more than 60,000 Petabytes in 2016.May 10, 2011
　　[5]The Green Grid.Data Center power system harmonics: an overview of effects on data center efficiency and reliability. 2013
　　[6]The cost of Harmonic Losses and mitigations in distribution systems.18th International Conference on Electricity Distribution.June 6-9,2005