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Flex 电源模块选择指南
全球数据处理的规模令人震惊，据估计，目前它消耗了全球约1%的能源。 [1]. 互联网使用量激增、物联网发展，尤其是比特币挖矿，推动了这一趋势。比特币挖矿每年消耗近 150 太瓦时，比瑞典的用电量还要多。.
所有这些功率都会在服务器机架以及提供电源轨的AC/DC和DC/DC转换器中耗散，必须将其排出。不仅功耗增加了，功率密度也提高了——为了提高生产效率，占用空间越来越小的压力与日俱增，这使得散热变得更加困难。目前最佳的解决方案是浸没式冷却——将电子元件浸入液体中，液体会将热量带走并输送到热交换器。这项技术已在航空航天等高要求应用中应用多年，如今在数据中心、电动汽车电池和传动系统以及医疗环境等使用商用和工业级组件的应用中也越来越受欢迎。然而，人们自然会担心现有冷却液与DC/DC转换器等批量生产产品中所用材料的兼容性。.
浸没式冷却基础知识
浸没式冷却通常采用两种方式之一：‘单相’冷却，即冷却液通过泵在电子元件周围循环，并经由热交换器吸收热能；或‘两相’冷却，即电子元件产生的热量使冷却液‘沸腾’，并通过蒸发潜热以及传导和对流冷却硬件。产生的蒸汽在热交换器上冷凝，然后返回到冷却液池中。冷却液的选择至关重要，需要具备特定的性能：
- 良好的导热性能有助于散热
- 高介电强度，可承受电路电压
- 高电阻率可最大限度减少漏电流
- 有效工作温度范围
- 环境影响低
- 易用性
- 低介电常数可避免电容过度增加。
最后一个参数至关重要，因为任何液体的介电常数都高于空气，这会直接且成比例地增加杂散电容，从而增加电损耗，甚至导致电子设备运行不稳定。例如，空气的介电常数接近 1.0，而纯水的介电常数约为 80。水在其他方面都是不错的选择，但如果它将原本可忽略不计的 2pF 杂散电容放大到 160pF，则很可能对高速电路产生不良影响。水的冰点相对较高也是一个潜在问题。因此，水的使用仅限于热交换器，且仅限于液体不与电子元件直接接触的情况。.
流体选择
目前已研发出具有更理想特性的适用流体，在市面上常见的几种流体中，根据氢氟醚 (HFE) 化学性质可分为两类，其中一类以 Novec 品牌销售。™ 由3M公司出品™ 以及全氟碳（PFC）化学，品牌名为Fluorinert™ 由3M公司出品™. 下面总结了两种流行液体的几种主要特性。.
选择图中所示的两种液体取决于目标冷却方法；Novec 的沸点更高。™ 7100 允许在较高温度下进行单相浸没式冷却，且全球变暖潜值 (GWP) 较低；但对于介电常数、电阻率或介电强度至关重要的应用，可能需要使用氟化物。™ FC72，但由于其全球变暖潜值（GWP）较高，已采取预防措施以避免任何可能的蒸汽排放。两种材料均被宣传为基本惰性，但制造商建议进行兼容性测试，特别是与Novec的兼容性测试。™, 其溶解能力略高。.
实际兼容性测试
Flex 电源模块公司在液体供应商 3M 的建议和指导下，对所描述的两种液体进行了评估。™, 包含两款 Flex 功率模块产品， BMR490 和 BMR491. 两者都是底板冷却式四分之一砖型DC/DC转换器； BMR490 额定功率为 1300 瓦，输入电压为 48 伏，输出电压为 12 伏。 BMR491 与之类似，但峰值功率可达 2450 瓦。测试方法采用 ASTM G120-15，该方法定义了‘可溶性残留污染物测定的标准操作规程’。.
将直流/直流转换器浸入装有磁力搅拌器的扁平烧瓶中，温度设定为75°C，以确保两种液体持续沸腾。标准测试时长应少于一天，但Flex功率模块的测试持续了49天。测试期间，温度被提升至100°C并保持数小时，以增强沸腾效果并增加应力。.
测试结束后，对模块的功能进行了检查，并进行了外观检查，未发现任何明显的损坏。我们特别关注用于将模块上的变压器和输出扼流圈磁性部件固定到PCB上的硅基胶的性能，并进行了机械压力测试，以确定粘合失效的时间。结果显示，变压器的失效压力为402牛顿，扼流圈的失效压力为144牛顿，远超最低可接受值，因此得出结论：胶水未受到任何不利影响。.
随后对胶合接头进行了仔细的目视检查，未发现胶水与液体之间发生化学反应的迹象，胶水、铁氧体和PCB之间粘合良好（见图1）。.
图 1：浸没式冷却应力测试后的 DC/DC 模块胶合接头
经测试，Flex 电源模块 DC/DC 模块已获准用于浸没式冷却应用。
Flex Power Modules 使用所选液体进行的测试清楚地表明，即使在高应力水平下长时间运行，模块材料与液体之间也不存在任何兼容性问题。因此，Flex Power Modules 可以自信地说，他们的 BMR490 和 BMR491 模块可以与Novec一起使用™ 7100 和 Fluorinert™ FC72冷却液适用于浸没式冷却应用。预计类似的Flex功率模块产品和类似的冷却液，经测试也应兼容。.
笔记
自本文撰写以来，3M公司已…… 宣布 由于Novec和Fluorinert冷却液中含有所谓的“永久性化学物质”——全氟和多氟烷基物质（PFAS），Flex Power Modules公司宣布将于2025年底停止使用这两种冷却液。目前，该公司正在寻找不含这些物质的替代冷却液。.
参考
[1] https://energyinnovation.org/2020/03/17/how-much-energy-do-data-centers-really-use/
