{"id":40728,"date":"2022-04-25T17:54:00","date_gmt":"2022-04-25T22:54:00","guid":{"rendered":"https:\/\/flex.com\/resources\/serendipitous-solution-for-data-center-power-with-switched-caps"},"modified":"2026-03-18T17:51:08","modified_gmt":"2026-03-18T22:51:08","slug":"serendipitous-solution-for-data-center-power-with-switched-caps","status":"publish","type":"resource","link":"https:\/\/flex.com\/de\/resources\/serendipitous-solution-for-data-center-power-with-switched-caps","title":{"rendered":"Zuf\u00e4llige L\u00f6sung f\u00fcr die Stromversorgung von Rechenzentren mit geschalteten Kondensatoren"},"content":{"rendered":"
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\n\t\t\tFlex<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tRessourcen<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tZuf\u00e4llige L\u00f6sung f\u00fcr die Stromversorgung von Rechenzentren mit geschalteten Kondensatoren<\/a>\n\t\t<\/div>\n\t\t

Zuf\u00e4llige L\u00f6sung f\u00fcr die Stromversorgung von Rechenzentren mit geschalteten Kondensatoren<\/h1>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\tVer\u00f6ffentlicht am
\n\t\t\t\t25. April 2022\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tBlog<\/span>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tRechenzentrum<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tStromversorgung f\u00fcr Rechenzentren<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tLeistungsmodule<\/a>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Einf\u00fchrung<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

\u2018Serendipit\u00e4t\u2019 bezeichnet das gl\u00fcckliche Zusammentreffen von Umst\u00e4nden (benannt nach der persischen M\u00e4rchengeschichte \u2018Die drei Prinzen von Serendib\u2019, dem alten Namen Sri Lankas). In der Leistungswandlungstechnik ist dieser Effekt leider selten zu beobachten. Ein aktuelles Beispiel hierf\u00fcr ist die Kombination aus der R\u00fcckkehr zur 48-V-Stromverteilung in Rechenzentren, einem neuen, nicht-isolierten Schaltkondensator-Busumrichter und hocheffizienten Point-of-Load-Umrichtern (PoLs) mit gro\u00dfem Eingangsspannungsbereich, die aus flexiblen Leistungsmodulen bestehen. All diese Elemente zusammen erm\u00f6glichen eine hohe Systemleistungswandlungseffizienz zu wirtschaftlichen Kosten bei extrem hoher Leistungsdichte.<\/p>\n\n\n\n

Wie kam es dazu? Die Architekturen von Rechenzentrumssystemen haben sich im Laufe der Jahre ver\u00e4ndert, um die Verluste angesichts des steigenden Datenverkehrs zu reduzieren. Die Stromverteilung mit 48 V gewinnt wieder an Bedeutung, da die ohmschen Verluste hier im Vergleich zu 12 V um den Faktor 16 geringer sind. Die Endlastspannungen liegen jedoch bei den h\u00f6chsten Stromanforderungen von CPUs, GPUs und anderen rechenintensiven ICs unter 1 V. Ein hohes Umwandlungsverh\u00e4ltnis von 48 V auf diese Spannung in einem nicht isolierten Wandler f\u00fchrt jedoch zu hohen Verlusten. Eine L\u00f6sung besteht darin, zwei Wandlungsstufen zu verwenden: eine isolierte auf 12 V und eine nicht isolierte auf die Endlastspannung. 12 V werden ohnehin oft f\u00fcr Schnittstellen und Ger\u00e4te wie Festplatten ben\u00f6tigt. Die Effizienz k\u00f6nnte jedoch durch die zus\u00e4tzliche Wandlungsstufe erneut beeintr\u00e4chtigt werden.<\/p>\n\n\n\n

Buskonverter ben\u00f6tigen nicht unbedingt eine Regelung oder Trennung.<\/strong>
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Es ist bereits bekannt, dass der 48-V-auf-12-V-Bus-Umrichter nicht unbedingt eine aktive Regelung ben\u00f6tigt und als einfacher Verh\u00e4ltniswandler fungieren kann. Dieser \u00fcbertr\u00e4gt prozentuale \u00c4nderungen der Eingangsspannung auf nahezu die gleiche prozentuale \u00c4nderung der Ausgangsspannung, sofern die nachfolgenden PoLs einen ausreichend gro\u00dfen Eingangsspannungsbereich aufweisen. Dieser Ansatz ist elegant, birgt jedoch einige Probleme: Eingangsspannungsspitzen werden ungehindert durchgeleitet, und die Bauteilauswahl ist aufgrund von Patentbeschr\u00e4nkungen eingeschr\u00e4nkt. Zudem ist eine Sicherheitsisolation nicht zwingend erforderlich, da die vorgelagerten AC\/DC-Wandler die Hauptisolationsbarriere bilden. Eine ideale Alternative w\u00e4re daher ein einfacher, nicht isolierter Verh\u00e4ltniswandler mit einer anderen Topologie, der einen sehr hohen Wirkungsgrad beibeh\u00e4lt. Ein solcher Wandler findet sich in den Flex-Leistungsmodulen. BMR310<\/a> Produkt. Es handelt sich um einen Schaltkondensator-Umrichter mit einem festen \u00dcbersetzungsverh\u00e4ltnis von 4:1, der einen Spitzenwirkungsgrad von 98% erreicht und f\u00fcr 860 W Dauerleistung (1060 W Spitze) ausgelegt ist. Das Geh\u00e4use hat Abmessungen von nur 58,4 mm x 25 mm x 9,9 mm einschlie\u00dflich der thermischen Grundplatte.<\/p>\n\n\n\n

Die Idee ist 100 Jahre alt.<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Geschaltete Kondensatorwandler sind seit etwa 100 Jahren bekannt, und tats\u00e4chlich ist die Grundschaltung des BMR310<\/a> ist ein Dickson-Multiplikator ( Abbildung 1 ). <\/p>\n\n\n\n


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Abbildung 1: \u00dcbersicht des Flex Leistungsmoduls BMR310 Schaltkondensator-Buswandlers<\/em><\/p>\n\n\n\n

Vereinfacht gesagt werden Kondensatoren in Reihe geladen und dann parallel entladen, wobei MOSFETs die entsprechenden Schaltvorg\u00e4nge \u00fcbernehmen. Auf diese Weise sind verschiedene feste \u00dcbersetzungsverh\u00e4ltnisse, einschlie\u00dflich 4:1, m\u00f6glich. Allerdings ist der Wirkungsgrad der urspr\u00fcnglichen Schaltung bei hohen Leistungen gering, da gro\u00dfe Kondensatoren ben\u00f6tigt werden, um die Energie zu \u00fcbertragen und gleichzeitig hohe Impulsstr\u00f6me an den Schaltflanken aufzunehmen. Die Schalter selbst, urspr\u00fcnglich typischerweise Bipolartransistoren (BJTs), verursachten zudem \u00fcberm\u00e4\u00dfige Spannungsabf\u00e4lle und Schaltverluste. BMR310<\/a> Die Schaltung und ihre Steuerung sind anders \u2013 sie basieren auf Infineon-Technologie und werden resonant mit induktiven Elementen geschaltet, die gr\u00f6\u00dftenteils aus parasit\u00e4ren Schaltungselementen bestehen. Dadurch werden die dynamischen Verluste von Schaltern und Kondensatoren drastisch reduziert. Zus\u00e4tzliche Vorteile ergeben sich aus den sehr niedrigen Einschaltwiderst\u00e4nden der Schalter sowie den hohen CV- und niedrigen ESR-Werten der modernen Mehrschicht-Keramikkondensatoren. Das Ergebnis ist ein wirtschaftlicher, leistungsdichter Bus-Umrichter, der sich f\u00fcr noch h\u00f6here Lasten mit stufenloser Stromverteilung problemlos parallel schalten l\u00e4sst. Dies wird durch die Ausgangsspannung von ca. 5% erm\u00f6glicht, die sich zwischen Volllast und Leerlauf relativ zur Netzspannungsschwankung als Eingangsspannung f\u00fcr nachgeschaltete PoLs mit gro\u00dfem Eingangsspannungsbereich eignet. Umfassende Schutzfunktionen und PMBus sind ebenfalls integriert.\u00ae<\/sup> Steuerung und \u00dcberwachung sind integriert, einschlie\u00dflich der \u00dcberspannungserkennung am Ausgang, um zu verhindern, dass Eingangsspannungsspitzen auf den Ausgang gelangen.<\/p>\n\n\n\n

\u2018Nach den \u2019Ratio\u201c-Bus-Konvertern muss ein PoL-Konverter mit breitem Eingang folgen.<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Das zweite Puzzleteil f\u00fcr unseren optimalen Betrieb ist der nachgeschaltete PoL-Wandler. Viele kommerzielle Bauteile sind erh\u00e4ltlich, jedoch nur mit engen Eingangsspannungsbereichen, insbesondere bei den f\u00fcr Rechenzentren ben\u00f6tigten Hunderten von Ampere. Um die Vorteile der Verh\u00e4ltniswandlung nutzen zu k\u00f6nnen, muss der PoL-Wandler einen Eingangsspannungsbereich von typischerweise 10\u201315 V vom BMR310 mit Netz- und Lastschwankungen tolerieren. Der PoL-Wandler muss so flexibel wie m\u00f6glich f\u00fcr die auftretenden unterschiedlichen Lastspannungen und -str\u00f6me sein und gleichzeitig eine entsprechend hohe Leistungsdichte aufweisen. Die Flex-Leistungsmodule BMR510 <\/a>ist hierf\u00fcr ideal geeignet, da es sich um eine nicht festverdrahtete, zweiphasige PoL-Leistungsstufe handelt, die von verschiedenen PWM-Controllern angesteuert werden kann. Jeder Kanal enth\u00e4lt die erforderlichen Leistungs-MOSFETs, Kondensatoren und die Ausgangsinduktivit\u00e4t und ist f\u00fcr 40 A\/70 A Spitze pro Phase ausgelegt, bzw. f\u00fcr das Doppelte dieser Werte pro Modul. Alternativ k\u00f6nnen die Phasen f\u00fcr unterschiedliche Ausgangsspannungen separat angesteuert werden. Parallelgeschaltete Phasen k\u00f6nnen auch gegenphasig angesteuert werden, um die Restwelligkeit zu reduzieren. Mehrere BMR510 k\u00f6nnen wiederum mit einem geeigneten PWM-Treiber parallelgeschaltet werden, um einen mehrphasigen Abw\u00e4rtswandler mit sehr hohem Strom zu realisieren. BMR510 <\/a>Die Schaltung ist f\u00fcr einen Ausgangsspannungsbereich von 0,5 V bis 1,3 V und einen Eingangsspannungsbereich von 4,5 V bis 16 V ausgelegt und eignet sich ideal f\u00fcr den Einsatz mit dem BMR310. Die gesamte Gate-Ansteuerschaltung ist integriert, ebenso wie ein umfassender \u00dcberstrom- und \u00dcbertemperaturschutz. Messwerte k\u00f6nnen zur Fern\u00fcberwachung abgerufen werden. Die Schaltung ist mit anderen am Markt erh\u00e4ltlichen Komponenten kompatibel und nutzt die Z-Abmessung f\u00fcr eine Grundfl\u00e4che von nur 10 mm x 9 mm x 7,6 mm H\u00f6he. Im Gegensatz zu anderen Designs mit obenliegender Induktivit\u00e4t werden die Halbleiter der Leistungsstufe effizient von oben gek\u00fchlt. <\/p>\n\n\n\n

Mit den Modulen BMR310 und BMR510, die beide von der Flex Power Designer<\/a> Durch die Entwicklung einer Software hat das Unternehmen die gl\u00fcckliche Kombination eines nicht-isolierten Bus-Umrichters im Verh\u00e4ltnis-Stil in einer neuartigen Technologie und eines breitbandigen, aber flexiblen PoL-Umrichters erkannt und genutzt. Das Ergebnis ist eine elegante, wirtschaftliche und hocheffiziente L\u00f6sung f\u00fcr den Strombedarf von Rechenzentren. Ein wahrer Gl\u00fccksfall.<\/p>\n\n\n\t\t<\/div>\n\t\t

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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Stromversorgung\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tBrosch\u00fcre\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tStromversorgung von Rechenzentren \u2013 vom Stromnetz bis zum Chip\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"IBC-Umrechnungsverh\u00e4ltnisse:\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tBlog\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tIBC-Umrechnungsverh\u00e4ltnisse: Wie man zwischen 4:1 und 8:1 w\u00e4hlt\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"NVIDIA\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t
\n\t\t\t\t\t\t\tNews\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t\t\n\t\t\t\t\tNeue Referenzdesigns f\u00fcr den NVIDIA Omniverse DSX Blueprint\t\t\t\t<\/a>\n\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t<\/div>\n<\/div>\n\n
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Es gibt etablierte Verfahren zur Erzeugung von Stromschienen f\u00fcr Endlasten in Rechenzentren, aber eine neuartige Kombination von Umwandlungstechnologien kann zur Steigerung von Effizienz, Kosten und Leistungsdichte eingesetzt werden.<\/p>","protected":false},"author":18,"featured_media":32244,"template":"","categories":[86,90,97],"tags":[139,140,141],"content-type":[13],"class_list":["post-40728","resource","type-resource","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","category-data-center","category-data-center-power","category-power-modules","tag-bmr310","tag-bmr510","tag-bmr511","content-type-blog"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40728","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource"}],"about":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/resource"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/18"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40728\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":40822,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/resource\/40728\/revisions\/40822"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/32244"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=40728"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=40728"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=40728"},{"taxonomy":"content-type","embeddable":true,"href":"https:\/\/flex.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/content-type?post=40728"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}