云計(jì)算制造商要面對(duì)哪一些困境

那么究竟什么是云計(jì)算呢？云計(jì)算是指負(fù)責(zé)在全球范圍內(nèi)存儲(chǔ)和移動(dòng)數(shù)據(jù)的許多遠(yuǎn)程服務(wù)器所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，我們可以通過(guò) Wi-Fi？、LAN 或蜂窩網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。這些遠(yuǎn)程服務(wù)器的作用類似于大型存儲(chǔ)設(shè)備，包含多個(gè)服務(wù)器集群并安裝在通常稱作服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)的倉(cāng)庫(kù)中。

這些服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)需要處于恒定的環(huán)境溫度（最理想的溫度范圍是 68 至 71 華氏度），才能發(fā)揮最佳性能并最大程度地減少故障。這些服務(wù)器農(nóng)場(chǎng)通常通過(guò)中央空調(diào)系統(tǒng)降溫，或者通過(guò)中央暖氣系統(tǒng)升溫，具體取決于它們所在的位置（例如，常見(jiàn)的辦公區(qū)域）。

服務(wù)器機(jī)架實(shí)際上會(huì)通過(guò)一系列風(fēng)扇來(lái)冷卻內(nèi)部的電子元件。我們大多數(shù)人應(yīng)該都有過(guò)這種體驗(yàn)，電子設(shè)備在使用過(guò)程中會(huì)變得越來(lái)越熱，最終導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法發(fā)揮最佳性能。為了最大程度地削減散熱器的成本與尺寸，我們可以改用無(wú)刷直流（BLDC）風(fēng)扇，借助環(huán)境中的氣流來(lái)冷卻電子設(shè)備，也就是說(shuō)利用供暖、通風(fēng)和空調(diào)（HVAC）系統(tǒng)保持恒定的環(huán)境溫度，然后通過(guò) BLDC 風(fēng)扇吹動(dòng)氣流來(lái)冷卻服務(wù)器機(jī)架中的電子元件。

在傳統(tǒng)的服務(wù)器應(yīng)用中，通常使用 12V BLDC 風(fēng)扇來(lái)冷卻機(jī)柜中的電子設(shè)備。但就像汽車應(yīng)用一樣，服務(wù)器應(yīng)用往往也會(huì)出于某些原因而改用 54V BLDC 電機(jī)。本文將探討服務(wù)器制造商采用 54V BLDC 電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng) 12V BLDC 電機(jī)的兩大主要原因，并論述 54V 電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用所需的典型元件以及一些常見(jiàn)的電機(jī)控制算法。

服務(wù)器制造商之所以采用 54V BLDC 電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng) 12V BLDC 電機(jī)，第一點(diǎn)是因?yàn)榭梢允褂盟姆种坏?u>電流，進(jìn)而可以使用較細(xì)的銅線。此外，由于使用較少的原材料便可完成相同的工作量，電機(jī)制造商還可以減小電機(jī)的尺寸，并因此降低電機(jī)的總成本。第二點(diǎn)是因?yàn)榉?wù)器制造商可以節(jié)省昂貴的電纜成本，與使用 12V BLDC 電機(jī)相比，使用 54V BLDC 電機(jī)時(shí)相同電源總線規(guī)格的電纜可以為四倍數(shù)量的電機(jī)供電。高壓電機(jī)使用較細(xì)的電纜或較窄的 PCB 走線即可獲得相同的功率。

例如，在 450W 服務(wù)器中，12V BLDC 風(fēng)扇消耗 32W。通過(guò)功率公式（P= V x I，I = P/V，32W/12V=2.67A）可輕松計(jì)算為其供電所需的電流。在功率要求相同的前提下，采用 54V BLDC 風(fēng)扇時(shí)所需的電流將降至約 0.67A，這樣一來(lái)，服務(wù)器工程師便可以使用 26 號(hào)美國(guó)線規(guī)（AWG）電線，相比之下，為 12V BLDC 風(fēng)扇供電卻需要使用 20 號(hào) AWG 電線。在 PCB 走線寬度方面，12V BLDC 風(fēng)扇需要 0.1 英寸，而 54V BLDC 風(fēng)扇只需要 0.012 英寸，這樣一來(lái)，當(dāng)服務(wù)器工程師將所有電源走線敷設(shè)到服務(wù)器系統(tǒng)時(shí)便可節(jié)省大量的電路板面積。

服務(wù)器制造商采用 54V BLDC 電機(jī)還有一個(gè)額外的優(yōu)勢(shì)，那就是能夠保證在外形尺寸與傳統(tǒng) 12V BLDC 電機(jī)相同的情況下以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行電機(jī)，從而增大空氣密度。不過(guò)，增加電機(jī)的扭矩功率需要更高的功率，這將需要額外的電流來(lái)提供支持。例如，服務(wù)器制造商可以使用 50W BLDC 電機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的 32W 電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的氣流。采用 54V BLDC 電機(jī)時(shí)僅需要 0.93A 電流，這比 12V BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 50W 電機(jī)所需的電流小得多。如果使用 12V BLDC 電機(jī)來(lái)完成相同的工作量，至少需要 4.17A 電流。這意味著需要使用較寬的 PCB 走線和較粗的電纜，成本高昂。使用 54V 總線電壓時(shí)，服務(wù)器制造商能夠以更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行風(fēng)扇，從而增大氣流密度，同時(shí)還能夠降低布線成本。

使用 54V 電源總線面臨的挑戰(zhàn)

對(duì)于驅(qū)動(dòng) 54V BLDC 風(fēng)扇電機(jī)的電子設(shè)備而言，存在一項(xiàng)挑戰(zhàn)。那就是服務(wù)器工程師不能使用舊的 12V 硬件來(lái)驅(qū)動(dòng) 54V 電機(jī)。他們需要使用工作電壓更高的電子元件，以便有足夠的余量適用 54V 電源。圖 1 給出了 54V BLDC 控制電路的簡(jiǎn)化框圖，其中標(biāo)識(shí)了在不影響成熟電機(jī)控制算法的前提下驅(qū)動(dòng) 54V BLDC 電機(jī)所用的典型元件。

圖 1：54V BLDC 控制電路的簡(jiǎn)化框圖（其中標(biāo)識(shí)了在不影響成熟電機(jī)控制算法的前提下驅(qū)動(dòng) 54V BLDC 電機(jī)所用的典型元件）

不過(guò)，市場(chǎng)上有幾種硬件解決方案可以幫助簡(jiǎn)化這種方案的轉(zhuǎn)變。例如，Microchip 的 MIC28514 75V 同步降壓穩(wěn)壓器是一款針對(duì)第一階段功率轉(zhuǎn)換的出色解決方案（圖 2）。該器件具有 5A 輸出電流能力，能夠通過(guò)一個(gè) 54V 電源軌為多個(gè) BLDC 系統(tǒng)供電。MIC28514 可將 54V 電源總線軌轉(zhuǎn)換為電源效率超過(guò) 90%的傳統(tǒng) 12V 電源軌，這樣一來(lái)，服務(wù)器工程師便可以繼續(xù)使用原先的電機(jī)控制算法和久經(jīng)考驗(yàn)的有源元件。

圖 2：使用 Microchip 的 MIC28514 75V 5A 同步降壓穩(wěn)壓器時(shí)的典型電源效率—輸出電流曲線

MOSFET 驅(qū)動(dòng)器和 MOSFET 逆變器電路也必須滿足高壓 MOSFET 的要求，54V BLDC 應(yīng)用通常需要 80V 功率 MOSFET。不過(guò)，與 12V 系統(tǒng)相比，電流要求已降至原先的四分之一，而且 MOSFET 導(dǎo)通電阻也變得沒(méi)那么重要。

圖 3：Microchip 的 MIC4607 是一款 85V 三相 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，具有自適應(yīng)死區(qū)以及防直通和過(guò)流保護(hù)

高壓電子元件使得在服務(wù)器應(yīng)用中選用 54V BLDC 電機(jī)成為可能

Microchip Technology 等芯片制造商現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出諸如 MIC28514 75V 同步降壓穩(wěn)壓器之類的高壓集成電路，助力客戶利用 54V BLDC 電機(jī)技術(shù)，同時(shí)依然能夠使用成熟的電機(jī)控制算法和其他有源元件。憑借這些高壓器件，服務(wù)器制造商可以采用 54V 電源總線技術(shù)，并因此能夠在 PCB 板上使用更小的電機(jī)、更細(xì)的銅線和更窄的布線，從而降低系統(tǒng)總成本。此外，由于電壓增加，這些器件還能以相同的外形尺寸增大空氣密度。隨著云計(jì)算的逐漸普及以及云計(jì)算功能的不斷完善，服務(wù)器制造商必須采用價(jià)格最為合理、性能最為優(yōu)異的解決方案，才能在價(jià)格戰(zhàn)與性能戰(zhàn)中保持競(jìng)爭(zhēng)力。