Spannungsmessung im Hunderterbereich
800 VDC-Stromversorgung Der nächste logische Schritt ist die Erweiterung des Netzes, doch es gibt zwei Wege, dieses Ziel zu erreichen. Der erste Ansatz stammt von NVIDIA und verwendet Stromübertragungskabel mit drei Adern: +800 V, Neutralleiter und Erdung. Der zweite Ansatz ist die Mount-Diablo-Spezifikation des Open Compute Project mit Stromübertragungskabeln, die eine zusätzliche Ader aufweisen: +400 V, -400 V, Neutralleiter und Erdung. Beide Ansätze erreichen denselben Spannungsbereich von 800 V, Mount Diablo arbeitet jedoch effektiv mit der halben Systemspannung.
Die Unterschiede zwischen den beiden Ansätzen sind jedoch bei weitem nicht so interessant wie die Möglichkeiten, die sie im Vergleich zur heutigen 48-V-Stromarchitektur bieten. Bei gleicher Last und gleichen Leiterquerschnitten reduziert die höhere Systemspannung den Strom um etwa den Faktor 17 und die ohmschen Verluste ebenfalls um den Faktor 17.2 (289) im Vergleich zu 48-V-Systemen. Das ermöglicht, was zuvor undenkbar war: Die AC/DC-Stufe, die PDU und die Batterien können in ein separates ‘Sidecar’-Rack ausgelagert werden..
Die elektrische Seitenwagenträger Die mechanische Anordnung der Komponenten lässt sich nun für minimale Umwandlungs- und interne Verteilungsverluste sowie effektive Kühlung optimieren. Gleichzeitig bietet das IT-Rack Platz für zusätzliche Prozessorschächte, größere Stromanschlüsse und fortschrittliche Flüssigkeitskühlungen. Die Verbesserung von Leistung und Rechenleistung löst einen lange bestehenden Zielkonflikt zwischen diesen beiden Aspekten. 800-VDC-Architekturen ermöglichen genau das – stellen Sie jedoch sicher, dass Ihre Infrastruktur dafür ausgelegt ist.
Bei der bipolaren ±400-V-Verteilung in Mount Diablo gestaltet sich die Sache etwas komplexer. Man kann ein hochohmiges, mittig geerdetes (IT) System verwenden, sodass jeder Pol etwa die halbe Pol-zu-Pol-Spannung gegen Erde aufweist. ETSI merkt an, dass dies die Spannung gegen Erde auf 50% reduziert, aber auch bedeutet, dass beide Leiter spannungsführend gegen Erde sind und isoliert werden müssen. Dieselbe Symmetrie kann die EMV verbessern und die Gleichtakt-EMI-Filterung (Gleichtakt-Drosseln) vereinfachen. Da die Erdungs-/Rückleitungstopologie die gemeinsame Impedanz im Erdungsnetz festlegt, hebt ETSI in seinen Richtlinien hervor, dass dies der Pfad ist, über den Gleichstromversorgungsströme bei Systemverbindungen zirkulieren können. Daher beeinflusst das Erdungs-/Kopplungssystem das Gleichtaktverhalten maßgeblich. Bei der von ETSI bevorzugten Anordnung ist der Mittelpunktanschluss mit dem Haupterdungsanschluss (MET) verbunden, den ETSI als gemeinsamen Erdungspunkt für den Mittelpunkt- und Schutzerdungsleiter beschreibt (ein definierter Bezugspunkt anstelle einer ad-hoc lokalen Chassis-Erdung).
Überlegungen: innerhalb des Gestells
Die einzelnen Regalböden im Serverschrank werden mit 800 V Gleichspannung versorgt. Die Isolation spielt dabei eine entscheidende Rolle, da die Anforderungen deutlich höher sind als bei 48 V. Dies beeinflusst die Nennwerte von Steckverbindern und Kabeln sowie die Kriech- und Luftstrecken auf Leiterplatten und um Stromschienen herum und erfordert Anpassungen im gesamten Rack. Unter anderem müssen die DC/DC-Wandlerstufen je nach Architektur gemäß den entsprechenden Sicherheitsstandards, wie z. B. IEC/UL 62368-1, isoliert werden. Dies widerspricht dem aktuellen Trend, auf eine Isolation an dieser Stelle zu verzichten, und bedeutet, dass der gesamte Serverschrank nun von einer Sicherheitsbehörde geprüft werden müsste.
Ein weiterer Effekt ist, dass die Abwärtswandler (DC/DC-Wandler) typischerweise aus einer geregelten oder ungeregelten Eingangsspannung von 48 V einen Zwischenausgang von 12 V erzeugen. Sie müssen nun jedoch mit der erhöhten Gleichspannung am Eingang arbeiten oder in Reihe geschaltete Eingangsstufen verwenden, um Schaltelemente mit höchstmöglichem Wirkungsgrad einsetzen zu können. Wandler mit diesen Spezifikationen sind in Rechenzentren noch nicht weit verbreitet, aber es ist möglich, kurzfristig ähnliche Produkte aus Elektrofahrzeugen zu nutzen.
Überlegungen: überall dazwischen
Ein weiterer wichtiger Aspekt beim Rack-Einbau ist, dass durch den Wegfall des 48-V-Busses der Anschlusspunkt für herkömmliche 48-V-Backup-Batterien entfällt, was neue Ansätze für die Energiespeicherung erforderlich macht. Bei Lithium-Ionen-Systemen bedeutet der Wechsel zu einem Hochspannungsbus hauptsächlich eine Anpassung der Akkuarchitektur durch den Einsatz zusätzlicher Module in Reihe, um die benötigte Zwischenkreisspannung zu erreichen. Für Systeme, die kurzzeitige Notstromversorgung oder sehr häufige Ladezyklen benötigen, eignen sich kondensatorbasierte Energiespeicher wie Superkondensatoren. Diese sind in der Regel wartungsarm, unempfindlich gegenüber einem breiten Temperaturbereich und weisen eine sehr hohe Zyklenlebensdauer auf – allerdings bieten sie aufgrund der geringeren Speicherkapazität eine kürzere Überbrückungszeit.
Unabhängig von der gewählten Speichermethode vereinfacht 800 VDC auch die Integration von Eigenstromerzeugung. Der 800-V-Bus ermöglicht eine direktere Anbindung an verschiedene Mikronetz- oder erneuerbare Gleichstrombusarchitekturen, die typischerweise in einem ähnlichen Spannungsbereich arbeiten, was die Schnittstelle vereinfacht.
