用48V取代12V 如何打造高功率密度伺服器電源設計

48V配電設計不同於基於配電方案工作電勢的12V系統。最值得注意的是，48V配電系統可使用400/480V三相位整流器，替代PDU變 壓器和銀匣子。

一個現代整流器產生的THD大約為3%，很少超過5%，即使是在輕負載條件下也一樣。整流器數量減少了(由於更高的單位功率)，而且它們所吸收的線路電流的固有諧波成分也減少了，因此系統級電流波形諧波也大大減少了。伺服器營運商可利用廣泛用於電信及其他現有48V應用的現有400/480V三相位AC至48VDC設備的規模經濟優勢。

一個典型10kW單元需要的機架高度只有2U(89毫米)，其可實現≥97%的轉換效率以及不足5%的總諧波失真。相比之下，400/480V三相位至12V整流器是不實用的，因為有極高的電流輸出。

導通損耗和導體尺寸的實際限制也限制了距離，其中電源只能經濟地傳輸(基於12V機架的系統)大約5kW。48V配電使用相同的傳輸基礎架構，可提供20kW的電源—足以通過一個單路三相位整流器為一個全面伺服器機架供電。可取消機架上單相位AC的DC配電策略還可簡化電池備份實施：電池組無需透過一個UPS逆變器進行上變頻，而是反過來驅動AC-DC轉換器。

相反，48V備用電池可透過一個最小的控制接口來驅動IT負載，管理切換、電池充電、電池監控以及狀態報告。越來越多地轉向48V 配電使系統設計人員不得不重新考慮他們的主機板電源策略。有幾種選擇，但有幾種比12V設計使用的更簡單、更小巧。例如Vicor符合Intel VR12.5規範的48V參考設計，它可取消間質轉換級。

Vicor的方法可避免多相位轉換拓撲，從而不僅可減少組件數量，而且還允許在流行的36-60V電信電壓範圍內直接連接電源(包括備用電 源)。組件數量的減少和更小的能量存儲要求允許設計人員讓傳動系更靠近處理器，從而可減少大致與PCB跡線長度成正比的損耗與寄生電感。對於處理器和記憶體之外的板上負載而言，單級降壓預計可在整個伺服器主機板中實現48V配電。

隨著提高功率密度需求的出現，散熱設計日益受到關注。Vicor轉換器級封裝(ChiP)平台等封裝技術與雙面冷卻兼容，其可簡化散熱機械設計。整體而言，48V配電設計使用的材料比12V方案更少；材料清單更短，在機架層面上需要的銅更少。有了Vicor符合Intel VR12.5 規範的48V解決方案，它們還可避免使用電解電容器。最終可實現更高的可靠性、更好的可擴充性以及更高的功率密度。

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