满足全天候数据中心的电力需求

想必您也知道，‘云’指的是在数据中心和服务器集群的计算机上运行的大量代码。无论是消费者将照片存储在 iCloud 或 Google Drive 中，还是企业运行其托管系统，都需要有人管理提供服务的数据中心。但是，如今云计算的蓬勃发展对所有这些数据中心的电源供应和转换子系统意味着什么呢？

电力需求不断增长

根据 Gartner 的说法，云计算已成为‘新常态’，而 COVID-19 疫情进一步推动了这一趋势。预计 2021 年终端用户公司在公共云服务上的支出总额将达到 1353040 亿美元。[1]. IDC 也给出了类似的数据，年增长率为 24 亿至 34 万亿美元。提供这些服务的数据中心通常全天候运行，用户也期望无论何时都能持续访问。.

与此同时，安全威胁持续增长——这意味着对主动式、始终在线的防护的需求日益增长，对能够快速访问的备份的需求也越来越高。运行防病毒和威胁防护软件，以及进行加密和解密操作，都会增加服务器的负载。.

对于亚马逊网络服务 (AWS) 和微软等大型服务提供商而言，最大限度地减少停机时间是一项关键的竞争优势。在实践中，这通常意味着运行两个采用‘主-主’配置的数据中心，一旦主站点出现任何问题，备份系统即可立即启动；甚至可能采用三数据中心拓扑结构。[2].

数据中心服务器和存储设备的性能不断提升，因此对更紧凑、占用空间更小、成本更低的系统需求日益增长。这种小型化、高密度IT架构的趋势意味着电力系统也必须尽可能紧凑，同时还要最大限度地提高效率，以降低电力和冷却成本。.

事实上，过去几年数据中心的整体能耗基本保持稳定，因为效率的提升抵消了性能的提升。例如，虚拟化技术使得CPU、内存和存储的利用率更高，减少了浪费在低利用率设备上的电力。尽管有估计认为，数据中心消耗了英国高达12.1万亿千瓦时的电力。[3], 全球二氧化碳排放量通常估计在 1 到 2 % 之间——相应地，这造成了巨大的二氧化碳排放问题。₂ 排放。

图1：现代数据中心机架

电力系统架构

我们已经确定，电力系统需要提供更高的功率输出，同时最大限度地减少其占用的物理空间，并提高其效率。.

为了满足这些需求，电源系统供应商采取了多种方法。传统的数据中心电源架构会为机架中的每个刀片提供独立的交流电源，并根据每个负载进行本地转换。而一种新兴趋势是集中处理交流-直流转换，例如每个机架只需一个转换器系统。转换后的直流电流随后分配给每个刀片。.

随着机架总功率需求的增长，配电电压也呈现出从 12V 直流向 48V 直流转变的趋势。电压提高四倍，即可相应降低输送相同功率所需的电流，从而将损耗降低 16 倍，并避免使用大型昂贵的电源线。.

电路板的 48V 直流电源通常先由中间总线转换器 (IBC) 转换为 12V，然后再由本地负载点 (PoL) 转换器转换为特定元件所需的低电压。这种两级架构效率高，可根据需要提供大电流，或者反过来，也可以在经济高效的系统中提供小电流。.

另一种方法称为直接转换，它使用单级转换器将 48V 电源电压直接转换为负载所需的低电压，该低电压可能为 2V 或更低。通过将电源电压保持在较高的 48V 直至负载，这种方法在需要大电流的场合非常有用，例如高端处理器、ASIC 和 FPGA。无论是两级转换器还是直接转换器，如今的 DC-DC 转换器通常都包含复杂的数字控制功能，例如通过行业标准的 PMBus 总线。.

新型功率器件的实际应用

我们来看一个例子： BMR492 Flex 电源模块。这是一款专为数据中心应用设计的大功率 DC/DC 转换器，标称输入电压为 48V，输出电压为 12V。它可在短时间内（最长可达一秒）提供高达 1100W 的峰值输出，非常适合现代 CPU 的‘突发模式’功率需求，同时效率高达 97.4%（%）。.

虽然这些数据令人印象深刻，但BMR492的关键进步在于将其性能浓缩于紧凑的封装之中。事实上，它采用了行业标准的‘八分之一砖’尺寸（尺寸仅为58.4 x 22.7 x 13.2毫米），却能提供以往只有在尺寸更大的“四分之一砖”设备中才能实现的功率输出和性能。.

图 2：BMR474

一种下游负载点 (PoL) 的实现方法是采用紧凑的垂直安装式 SIP（单列直插式封装）格式，从而最大限度地减少电路板占用空间。例如， BMR474 Flex 电源模块是一款数字 PoL DC/DC 转换器，输入电压范围为 6 V 至 15 V，输出电压范围为 0.6 V 至 3.3 V。在满载情况下，输入电压为 12 V，输出电压为 3.3 V，效率为 95.1%。.

BMR474采用垂直SIP安装设计，占地面积仅为2.84厘米。², 因此，它占用的电路板空间最小。同时，它还能提供高达 80 安培的输出电流，以满足典型数据中心负载的需求。.