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，確保在斷電時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快地進行大規模擴展，以響應來自網絡的不斷增長的需求。

超大規模需要向負載點輸送更多電力。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 增加到甚至更多 300 W，并且正在向 600 W 邁進。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，功耗降低了 16 倍。

Advanced Energy 的超大規模解決方案

Advanced Energy （AE） 是高度工程化的精密電源轉換、測量和控制解決方案的全球領導者，最近宣布了一種高密度、高效率的 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，最多可容納 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。

總部位于科羅拉多州丹佛的 AE 一直專注于更高功率的效率，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 多年的專業經驗。

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，并對其進行擴展。” “以前的功率密度大約為 10 W/in。3 ; 今天，我們談論的是 60、70、80 或 90 W/in。3 。 憑借電子技術的創新以及我們在該領域擁有的技術和專利，這些結果成為可能。”

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

“我們已經將我們的產品發展為機架規模的基礎設施，”Soin 說。“我們由 AC/DC 和 DC/DC 電源組成的傳統市場已經發展到電源架。這意味著我們通過一個架子而不是 40 或 80 個單獨的 PSU 為整個機架供電。”

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發展過程。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 Microsoft 云服務器上。最初的電源功率為 1，000 W，后來演變為 1，600 W，后來達到 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，這是一個配備 3.3 千瓦、12 伏 PSU 的 21 英寸機架。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。無論有沒有 ATS，在 2U 中使用 N+1 可獲得高達 33 kW 的功率。

圖 2：AE 電源解決方案概覽

3 kW 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交流電壓下測量的（包括風扇損耗）。

“該效率曲線顯示了 Open Rack 第 3 版電源架模塊實際上如何超出了有關峰值效率的規范，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 3-kW 實測效率

AE 的 ORv3 30 kW 電源架支持星形、三角形和單相輸入配置，帶有適當的交流電鞭，并包括一個可熱插拔、與 DMTF Redfish 兼容的架控制器，可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 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。

為了實現這種出色的效率水平，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，因此這些材料可增強功率因數校正。它們將成為下一代電源的基石。