數(shù)據(jù)中心下一代電源解決方案可提高效率，第4部分

意法半導(dǎo)體解決方案

與 Vicor 架構(gòu)非常接近的第二大解決方案是創(chuàng)新的 ST Microelectronics 解決方案。

IPG 工業(yè)和電源轉(zhuǎn)換市場總監(jiān) Paolo Sandri 在 2016 年 APEC 上透露，ST 擁有獨(dú)特的完全隔離、諧振、單級(jí)直接轉(zhuǎn)換，從 48V 直接到 CPU/DD/ASIC/POL，完全符合英特爾 VR13 和 VR12.5 規(guī)范(英特爾無需豁免)，以及一個(gè)完全可擴(kuò)展的解決方案，能夠管理多達(dá) 6 個(gè)具有動(dòng)態(tài)單元脫落和脈沖跳躍的交錯(cuò)單元。他們的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)聲稱實(shí)現(xiàn)了最低的噪聲諧波含量和最佳的信號(hào)完整性(由于在初級(jí)和次級(jí)側(cè)使用零電流和零電壓開關(guān) (ZCS/ZVS) 的諧振操作)，他們聲稱這是行業(yè)領(lǐng)先的。

設(shè)計(jì)人員已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)非常好的次級(jí)側(cè)波形，與傳統(tǒng)的方波不同，它具有硬邊以及它帶來的振鈴和諧波內(nèi)容包袱。他們設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的半正弦波形，與 ZVS/ZCS 一起確保了非常低的噪聲和盡可能靠近處理器的能力而不受干擾影響。

請記住，這種架構(gòu)很容易適應(yīng)和擴(kuò)展，以適應(yīng)正在討論的數(shù)據(jù)中心效率改進(jìn)的下一個(gè)可能的未來步驟：到處理器的 400V 直接轉(zhuǎn)換總線。

STMicroelectronics 的 48V 至 0.5-12V 架構(gòu)由其 STRG02 組成，這是一款具有 ZCS/ZVS 功能的單線控制同步整流器。它們還具有全橋驅(qū)動(dòng)器STRG04，在恒定相移控制中具有用于零電壓操作的可編程預(yù)測控制。最后，他們的 STRG06 是一款多相諧振恒定導(dǎo)通時(shí)間數(shù)字控制器，可支持多達(dá) 6 個(gè)交錯(cuò)轉(zhuǎn)換器(根據(jù)負(fù)載請求自動(dòng)開啟/關(guān)閉)電壓在 0.5V 至 12V 之間。STMicroelectronics 的隔離式 48V 至 0.5V-12V 系統(tǒng)架構(gòu)。這種架構(gòu)實(shí)際上是一種混合結(jié)構(gòu)：諧振隔離輸入端和負(fù)載處的電流倍增器。

該解決方案具有 160W/in 2的功率密度以及我認(rèn)為對數(shù)據(jù)中心應(yīng)用至關(guān)重要的一種用于自適應(yīng)控制的數(shù)字電源功能。為此，該系統(tǒng)采用 PMBus 進(jìn)行遙測和自動(dòng)調(diào)整。

他們新的諧振拓?fù)湓试S使用 Pskip 和動(dòng)態(tài)單元管理進(jìn)行能量比例管理。該架構(gòu)是完全可擴(kuò)展的(此設(shè)計(jì)的一個(gè)非常好的特性)，因此轉(zhuǎn)換器可以根據(jù)負(fù)載需求進(jìn)行并聯(lián)和交錯(cuò)。它們在連續(xù)電流模式 (CCM) 和非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下具有變頻控制。

另一個(gè)不錯(cuò)的功能是當(dāng)負(fù)載增加時(shí)諧振轉(zhuǎn)換器的瞬時(shí)開啟能力。

STMicroelectronics 的設(shè)計(jì)人員仔細(xì)考慮了這種多功能解決方案，它將成為未來提高數(shù)據(jù)中心效率的關(guān)鍵因素。

他們還有一個(gè)非常好的符合 Intel VR13 的參考設(shè)計(jì)。 STMicroelectronics Intel VR13、165W CPU 供電參考設(shè)計(jì)。此設(shè)計(jì)中有 4 個(gè)電池，峰值效率為 93%。

還有其他 54V 至 12V@500W 和 54V 至 3.3V@150W 以及 54V 至 1.21V@50W 的參考原型板，峰值效率為 93.8%，可能適合其他領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中心。由于 Gerber 文件的可訪問性，這些對于設(shè)計(jì)師來說可以通過穩(wěn)健的設(shè)計(jì)更快地進(jìn)入市場。

CUI 設(shè)計(jì)和軟件支持

CUI Inc. 為數(shù)據(jù)中心采用了一種決定性的電源方法，它與軟件定義的電源密切相關(guān)，我一直認(rèn)為這是數(shù)據(jù)中心電源的關(guān)鍵要素。今年我在 APEC 時(shí)，我會(huì)見了 CUI 的 Mark Adams，他們宣布與軟件定義的 Power ®公司 Virtual Power Systems (VPS) 就硬件開發(fā)達(dá)成有限的排他性協(xié)議。兩家公司將合作為數(shù)據(jù)中心的高效電力基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)立新標(biāo)準(zhǔn)。

CUI 計(jì)劃設(shè)計(jì)、制造和分發(fā)將采用 VPS 解決方案的 ICE(能源智能控制)系統(tǒng)的硬件組件。ICE Block 硬件通過 ICE 平臺(tái)進(jìn)行管理和控制，ICE 平臺(tái)是由 VPS 開發(fā)的緊密集成的軟件套件。VPS 聲稱，ICE Block 將使數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商的電力和服務(wù)器利用率翻倍，降低成本，并大大提高可用性。

這種伙伴關(guān)系很重要，因?yàn)樗莿?chuàng)建更大的軟件定義電源生態(tài)系統(tǒng)的第一步，從板級(jí)到系統(tǒng)級(jí)，最終創(chuàng)建一個(gè)更智能、更高效的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施。

第一個(gè) ICE Block 目前正在開發(fā)中，最初的原型安裝將在 2016 年晚些時(shí)候進(jìn)行。

團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，在現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心中，他們設(shè)想通過組合 ICE 系統(tǒng)將電力成本降低 15-25%，同時(shí)避免 40-60% 的傳統(tǒng)資本支出投資。這種新基礎(chǔ)架構(gòu)的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是，它將使數(shù)據(jù)中心能夠通過一種解決方案繼續(xù)其積極的增長路徑，該解決方案可以在幾天內(nèi)完成安裝和初始化，而傳統(tǒng)方法需要幾個(gè)月的時(shí)間。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營商可以立即體驗(yàn)到運(yùn)營靈活性、利用率和管理方面的重大改進(jìn)。

在我的 EDN 文章中，我選擇軟件定義電源作為進(jìn)入 2016 年的熱門技術(shù)之一，軟件定義的電源帶來了現(xiàn)代電力系統(tǒng)的關(guān)鍵需求。