{"id":38817,"date":"2020-03-03T14:18:00","date_gmt":"2020-03-03T20:18:00","guid":{"rendered":"https:\/\/flex.com\/resources\/power-architectures-a-direct-approach-is-more-efficient"},"modified":"2026-03-15T15:49:03","modified_gmt":"2026-03-15T20:49:03","slug":"power-architectures-a-direct-approach-is-more-efficient","status":"publish","type":"resource","link":"https:\/\/flex.com\/es\/resources\/power-architectures-a-direct-approach-is-more-efficient","title":{"rendered":"Arquitecturas de potencia: un enfoque directo es m\u00e1s eficiente"},"content":{"rendered":"
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\n\t\t\tFlex<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tRecursos<\/a>\n\t\t\t<\/svg>\n\t\t\tArquitecturas de potencia: un enfoque directo es m\u00e1s eficiente<\/a>\n\t\t<\/div>\n\t\t

Arquitecturas de potencia: un enfoque directo es m\u00e1s eficiente<\/h1>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\tPublicado en
\n\t\t\t\t3 de marzo de 2020\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\tArt\u00edculo<\/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\tComunicaciones<\/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\tEnerg\u00eda del centro de datos<\/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\tFuerza<\/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\tM\u00f3dulos de potencia<\/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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La conversi\u00f3n de energ\u00eda es un \u00e1rea compleja para los dise\u00f1adores, especialmente en nuestro mundo donde los costos son un factor crucial. No solo se enfrentan al reto de dise\u00f1ar soluciones cada vez m\u00e1s compactas, que permitan obtener mayor potencia en un espacio reducido, sino que adem\u00e1s estas soluciones deben ser m\u00e1s eficientes y costar menos que las de generaciones anteriores.<\/em>
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Dado que muchos fabricantes de equipos originales basan su ventaja competitiva en la eficiencia de sus soluciones, el cumplimiento de estos objetivos, a veces complejos y contradictorios, est\u00e1 directamente relacionado con el \u00e9xito empresarial. A lo largo de los a\u00f1os, en un intento por lograr una mayor eficiencia y menores costos, la industria de la electr\u00f3nica de potencia ha desarrollado y utiliza m\u00faltiples arquitecturas.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Existen varias \u00e1reas clave en las que la conversi\u00f3n directa ofrece ventajas: mayor eficiencia de conversi\u00f3n, menor p\u00e9rdida en la distribuci\u00f3n de energ\u00eda, ahorro de espacio en la placa y cumplimiento con el est\u00e1ndar Open Rack V2.0. En este art\u00edculo t\u00e9cnico, Flex se centrar\u00e1 en la eficiencia y analizar\u00e1 las arquitecturas de alimentaci\u00f3n m\u00e1s avanzadas, as\u00ed como una nueva organizaci\u00f3n que promete ofrecer mayor variedad y flexibilidad a los fabricantes de equipos originales (OEM) que dependen de soluciones de alimentaci\u00f3n eficientes y de libre acceso.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Hace muchos a\u00f1os, la vida de los dise\u00f1adores era mucho m\u00e1s sencilla, ya que la mayor\u00eda de los semiconductores requer\u00edan una \u00fanica fuente de alimentaci\u00f3n de 5 V. En aquel entonces, lo \u00fanico que se necesitaba de una fuente de alimentaci\u00f3n era un riel de 5 V fiable y relativamente limpio que pudiera suministrarse a todos los dispositivos del sistema. La arquitectura m\u00e1s com\u00fan consist\u00eda en una \u00fanica unidad de alimentaci\u00f3n central (PSU) o, en sistemas que requer\u00edan alta fiabilidad, posiblemente una configuraci\u00f3n de PSU redundante.<\/p>\n\n\n\n

En la d\u00e9cada de 1990 y principios de la de 2000, las cosas empezaron a cambiar, impulsadas principalmente por los dispositivos l\u00f3gicos que operaban con diferentes voltajes. Dado que ahora se necesitaban m\u00faltiples l\u00edneas de alimentaci\u00f3n y la eficiencia era un tema recurrente, se introdujo un enfoque diferente. Los convertidores se defin\u00edan por su tama\u00f1o (de ladrillo completo, medio, cuarto u octavo) y se utilizaban varios convertidores aislados para transformar el bus de CC de 48 V a los voltajes requeridos por los semiconductores. <\/p>\n\n\n\n

Una d\u00e9cada despu\u00e9s (esta cronolog\u00eda es ambigua; esto ocurri\u00f3 tambi\u00e9n despu\u00e9s del cambio de siglo), se propuso la Arquitectura de Bus Intermedio (IBA), que se populariz\u00f3 en numerosas aplicaciones, como comunicaciones de datos, centros de datos y telecomunicaciones. Uno de los objetivos principales de este enfoque era centralizar el aislamiento en un \u00fanico convertidor de bus, reduciendo as\u00ed el tama\u00f1o de los m\u00faltiples convertidores aislados. Algunos de estos convertidores de bus intermedio (IBC) tambi\u00e9n se conoc\u00edan como \u2018convertidores de relaci\u00f3n\u2019, ya que se caracterizaban por la relaci\u00f3n entre sus tensiones de entrada y salida. Muchos de estos IBC estaban al menos semi-regulados para proporcionar una tensi\u00f3n suficientemente estable para su uso con dispositivos distintos de los convertidores de punto de carga (PoL), como los ventiladores. <\/p>\n\n\n\n

Como su nombre indica, los convertidores PoL se colocan f\u00edsicamente cerca de la carga, normalmente un microprocesador, FPGA, ASIC, memoria u otro circuito integrado digital, para minimizar el ruido y reducir las p\u00e9rdidas acortando la ruta de baja tensi\u00f3n y alta corriente, reducir la capacitancia de desacoplamiento y tambi\u00e9n para mejorar la respuesta a los transitorios de carga. <\/p>\n\n\n\n

El gran volumen de datos aumenta la demanda de soluciones energ\u00e9ticas m\u00e1s eficientes.<\/h2>\n\n\n\n

En los \u00faltimos a\u00f1os, el tr\u00e1fico de datos ha aumentado significativamente debido al auge de los dispositivos m\u00f3viles y, en particular, al incremento del contenido de v\u00eddeo de alto ancho de banda. Seg\u00fan Ericsson, se prev\u00e9 que estas cifras se multipliquen por diez entre 2017 y 2022.<\/p>\n\n\n\n

Al mismo tiempo, la potencia requerida por los servidores blade ha aumentado y ahora supera 1 kW, esper\u00e1ndose que en los pr\u00f3ximos a\u00f1os alcance niveles superiores a 3 kW. Si bien el n\u00famero de dispositivos m\u00f3viles ha crecido a un ritmo vertiginoso, el enorme incremento en la capacidad de procesamiento y el enfoque en la eficiencia de los sistemas surgir\u00e1n principalmente como resultado de los requisitos de datos de Big Data, IA, dispositivos habilitados para IoT, autom\u00f3viles aut\u00f3nomos, entre otros factores. <\/p>\n\n\n\n

Con los precios de la energ\u00eda ya elevados y con la previsi\u00f3n de que sigan subiendo, los costes operativos de la energ\u00eda tambi\u00e9n contin\u00faan aumentando. Cada vatio de potencia que se convierte en calor debido a una conversi\u00f3n ineficiente supone un coste. Peor a\u00fan, hay que gestionar ese calor, lo que aumenta el tama\u00f1o, el peso y el coste de los sistemas en forma de refrigeraci\u00f3n integrada, y tambi\u00e9n requiere sistemas de aire acondicionado m\u00e1s potentes en los edificios, cuya instalaci\u00f3n y funcionamiento tambi\u00e9n suponen un coste.<\/p>\n\n\n\n

Como resultado, incluso una mejora relativamente peque\u00f1a en la eficiencia de la conversi\u00f3n de energ\u00eda puede generar importantes ahorros de tama\u00f1o y costes para los centros de datos y los operadores de telecomunicaciones.<\/p>\n\n\n\n

La conversi\u00f3n directa de energ\u00eda aumenta la eficiencia.<\/h2>\n\n\n\n

Si bien el uso del sistema IBA de conversi\u00f3n en dos etapas ofrece numerosas ventajas, como ahorro de costes y espacio, tambi\u00e9n repercute en la eficiencia. Hasta hace poco, las dem\u00e1s ventajas del IBA compensaban la menor eficiencia, pero, como hemos visto, los mayores niveles de potencia y el aumento de los costes energ\u00e9ticos est\u00e1n cambiando el equilibrio de esta decisi\u00f3n. <\/p>\n\n\n\n

Normalmente, un IBC de 48 V a 12 V (4:1) ofrece eficiencias de alrededor de 96%, y un convertidor PoL puede convertir los 12 V en 1 V para la carga con una eficiencia de 90%. La combinaci\u00f3n de estos dos valores da una eficiencia de conversi\u00f3n global de alrededor de 86,4% para un IBA. Con tecnolog\u00edas anteriores, esto equivaldr\u00eda a una p\u00e9rdida de potencia de alrededor de 157 W para un servidor de 1 kW, y un servidor que consume alrededor de 3,2 kW tendr\u00eda una p\u00e9rdida de potencia de alrededor de medio kilovatio (500 W). Si la etapa de conversi\u00f3n de 48 V a 12 V con una eficiencia de 98% se generalizara, un servidor de 1 kW seguir\u00eda disipando 137 W, y un servidor de 3,2 kW disipar\u00eda 438 W. <\/p>\n\n\n\n

Los m\u00f3dulos de potencia de una sola etapa actuales son capaces de convertir 48 V a 1 V en un solo paso (lo que se conoce como "conversi\u00f3n directa"), alcanzando eficiencias de 91% o superiores. En este caso, la placa del servidor de 3,2 kW generar\u00eda p\u00e9rdidas de potencia de tan solo 315 W, una reducci\u00f3n de 37%, o 185 W de potencia residual ahorrada. Si bien la mejora es de "solo" 4,6 puntos de eficiencia, en los centros de datos modernos con cientos o incluso miles de servidores, el ahorro de energ\u00eda es enorme, lo que se traduce en reducciones significativas de los costos operativos.<\/p>\n\n\n\n

Figura 1: La conversi\u00f3n directa es un m\u00e9todo m\u00e1s eficiente que la conversi\u00f3n en dos etapas de IBA.<\/em><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

Gracias a las mejoras en la tecnolog\u00eda de conversi\u00f3n de energ\u00eda desde la aparici\u00f3n de la IBA, actualmente se est\u00e1n desarrollando topolog\u00edas que permiten una conversi\u00f3n directa, compacta y eficiente desde el bus de 48 V a niveles l\u00f3gicos subvoltios. Estos dispositivos modernos operan a altas frecuencias para ofrecer una excelente respuesta transitoria, generalmente con una capacitancia de desacoplamiento reducida, y son capaces de funcionar con los ciclos de trabajo muy bajos necesarios para convertir directamente 48 V a aproximadamente 1,0 V.<\/p>\n\n\n\n

Si bien la conversi\u00f3n directa representa una tendencia clave para la industria, los cambios no se producir\u00e1n de la noche a la ma\u00f1ana. Los nuevos dispositivos se ofrecer\u00e1n junto con los m\u00e9todos convencionales de conversi\u00f3n en dos etapas, al menos en un futuro pr\u00f3ximo. Durante este tiempo, los dise\u00f1adores de sistemas de energ\u00eda podr\u00e1n elegir la mejor opci\u00f3n, que podr\u00eda ser combinar ambos m\u00e9todos en una arquitectura h\u00edbrida que ofrezca lo mejor de ambos mundos.<\/p>\n\n\n\n

Una nueva alianza acelera la estandarizaci\u00f3n de la conversi\u00f3n de una sola etapa.<\/h2>\n\n\n\n

Tal es la confianza en que la conversi\u00f3n en una sola etapa constituir\u00e1 una parte importante de las soluciones de energ\u00eda de pr\u00f3xima generaci\u00f3n para centros de datos e infraestructura de telecomunicaciones, que cuatro de los principales actores de la industria de m\u00f3dulos de energ\u00eda se han unido para formar una nueva alianza dedicada exclusivamente a promover los beneficios de la conversi\u00f3n directa. <\/p>\n\n\n\n

La Power Stamp Alliance (PSA) se form\u00f3 a principios de este a\u00f1o, y Flex es miembro fundador de esta organizaci\u00f3n. El objetivo principal de la PSA es ofrecer un enfoque multisectorial para los m\u00f3dulos de potencia de conversi\u00f3n directa est\u00e1ndar. Para lograr este objetivo, la PSA ha desarrollado especificaciones que definen el tama\u00f1o y las funciones de interfaz para los m\u00f3dulos de conversi\u00f3n directa de 100 A (conocidos como "power stamps"), lo que permite a las empresas miembro de la PSA determinar su rendimiento el\u00e9ctrico.<\/p>\n\n\n\n

Existen dos tipos de m\u00f3dulos de alimentaci\u00f3n: el m\u00f3dulo principal es esencialmente el "controlador" y contiene la l\u00f3gica de control, mientras que el m\u00f3dulo sat\u00e9lite suministra energ\u00eda seg\u00fan sea necesario. Todos los m\u00f3dulos realizan una conversi\u00f3n directa y est\u00e1n aislados. <\/p>\n\n\n\n

Figura 2: La arquitectura PSA se basa en m\u00faltiples m\u00f3dulos de conversi\u00f3n directa. <\/em><\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/figure>\n\n\n\n

A nivel de sistema, la arquitectura PSA se basa en transformadores de potencia de 100 A, y los sistemas pueden configurarse con hasta seis transformadores (uno principal y hasta cinco sat\u00e9lites), lo que les confiere una capacidad de 600 A. Si la demanda de corriente disminuye durante el funcionamiento, los controles integrados permiten la desactivaci\u00f3n autom\u00e1tica de los transformadores sat\u00e9lite, garantizando as\u00ed niveles \u00f3ptimos de eficiencia en un amplio rango de corriente, desde 100 A hasta 600 A.<\/p>\n\n\n\n

Resumen<\/h2>\n\n\n\n

Debido al volumen cada vez mayor de datos que deben procesarse, transmitirse y almacenarse, junto con el aumento de los costos de la energ\u00eda, la eficiencia de la conversi\u00f3n de potencia est\u00e1 acaparando la atenci\u00f3n m\u00e1s que nunca. Gracias al desarrollo continuo y las mejoras tecnol\u00f3gicas, la conversi\u00f3n directa de la tensi\u00f3n del bus a la tensi\u00f3n de carga es ahora una opci\u00f3n viable, y muchos en la industria la consideran el futuro en aplicaciones exigentes debido a las mejoras con respecto a t\u00e9cnicas como IBA. De hecho, la conversi\u00f3n directa aumenta la eficiencia del proceso de conversi\u00f3n y reduce significativamente las p\u00e9rdidas en todo el sistema al distribuir 48 V en lugar de 12 V. Como resultado directo de una menor generaci\u00f3n de calor residual, se reducen las necesidades de gesti\u00f3n t\u00e9rmica, ahorrando espacio y peso, y se logra un mayor ahorro de espacio al prescindir de un IBC. <\/p>\n\n\n\n

Si bien la adopci\u00f3n de nuevas arquitecturas suele ser lenta debido a la falta de fuentes alternativas, la conversi\u00f3n directa promete una tasa de adopci\u00f3n mucho m\u00e1s r\u00e1pida, lo que garantiza que los productos interoperables de varios proveedores independientes estar\u00e1n disponibles en las primeras etapas, lo que permitir\u00e1 a los clientes adoptar el nuevo enfoque con un riesgo comercial m\u00ednimo. <\/p>\n\n\n

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