其實，完全可以通過使用 48V 背板和配電來實現這一需求
，然而這種方法卻存在諸多挑戰
，因為它無法依靠傳統同步 Buck 降壓調節器將48V dianyaqudongzhidianluban。name
，haiyoushenmeqitabanfakeyizaibuzengjiachengbendeqiantixiatigaoshujuzhongxindegonglvmidune
？benwengaishuleyizhongliangjijiagoujiejuefangan——以一種靈活的、可調節的、高性價比方式，將 48V 電壓驅動至負載點（POL，大約 1-5V）

，這對於下一代服務器功率傳輸將大有裨益。

 

方案

 

suizheyonghuduishujuzhongxindexuqiuyuelaiyueda，tigaoshujuzhongxinchicunhemiduyebiandepozaimeijie。qizhongguanjianzhiyueyinsushifuwuqimeigejijiadegonglvxianzhidayuezhiyou20kW，這種限製由次優的配電網絡導致而成。由於大部分芯層和背板工作在 12V，需要大量覆銅來限製每個機架的功率。對此
，開放計算項目（OCP）和穀歌已經提出了將工作電壓提高到 48V的解決方案，能將每個機架的安裝容量提高到每架 50-100kW。然而這種架構尚未成功的至關因素是缺乏下遊解決方案。（也就是說：需將 48V 電壓驅動至電路板上安裝的負載點（POL），包括處理器，內存條，和其他 ASICs 專用集成電路）。

 

同時也有人提出了幾種不同的方法來解決 48V 輸入到負載點（POL）的配電問題——需要克服的主要挑戰包括可調性、成本
、效率和尺寸問題。

 

可調性和成本

 

首先，很難將 48V 電壓分配到各個負載點，包括用於電源的小電流，例如 USB 和 VGA 端口，這些端口在 2-5V 時通常每個會消耗幾百毫安的電流；再包括處理器
，這些處理器在接近 1V 時會消耗幾百安培的電流。也有一些可行的解決方案
，如通過精確地調節中間母線和使用 DC/DC 變壓器進行最終降壓
，將電壓直接從 48V 驅動到負載電壓(1-5V)。

 

這zhe些xie解jie決jue方fang案an對dui於yu大da電dian流liu電dian源yuan應ying用yong是shi很hen有you效xiao，但dan是shi它ta們men都dou難nan以yi縮suo小xiao規gui模mo
，對dui大da多duo數shu小xiao電dian流liu電dian源yuan來lai說shuo非fei常chang昂ang貴gui，甚shen至zhi對dui於yu大da電dian流liu電dian源yuan來lai說shuo成cheng本ben效xiao益yi也ye不bu夠gou高gao。因yin此ci，有you人ren提ti出chu了le另ling一yi種zhong解jie決jue方fang案an：使用氮化镓 (GaN) 來lai解jie決jue此ci難nan題ti，采cai用yong一yi種zhong簡jian單dan的de同tong步bu降jiang壓ya解jie決jue方fang案an來lai完wan成cheng直zhi接jie的de電dian壓ya轉zhuan換huan。當dang然ran，如ru果guo成cheng本ben和he大da批pi量liang生sheng產chan變bian得de可ke行xing時shi，它ta們men的de確que具ju有you廣guang大da的de市shi場chang前qian景jing
，但dan就jiu目mu前qian看kan來lai依yi舊jiu遙yao遙yao無wu期qi。

 

效率和尺寸

 

為了適應當前服務器板的要求，電路板解決方案必須同時滿足高效率和小尺寸。48V 至 1V 的轉換效率至少在 93% 及以上，因為對於 12V-1V 的電壓轉換
，目前最先進的轉換效率為95%。再加上工業標準機架和插入背板的配電板尺寸限製，48V-1V 轉換器尺寸不得大於 12V-1V 轉換器尺寸。

 

解決方案

 

本文提出的 48V 至低壓配電解決方案為一種兩級轉換方案
，相比於既有的數據中心解決方案
，具有更高效率、更低成本和可調性優勢。

 

第一級

 

首先將VIN 電源 (48V)分布至整個板上，然後降壓至可變的中間電壓值，通常為 5-8V。在 CPU 和存儲電源群集中生成 5-8V 可變電壓，由獨立轉換器生成其他配電功率（總計約 50W）。中間浮動電源可確保完全的軟開關，使用半橋、諧振
、LLC 變換器能實現 98% 的峰值效率。由於輸入電壓低於 60V
，所以無需隔離。采用變壓器代替電感作為 LLC 網絡的一部分
，更易實現功能性隔離
，同時有助於電壓從 48V 降至 5-8V。這一解決方案的基本理念是模塊化第一級解決方案（見圖1）。

 

圖1：第一級模塊前視圖

 

第一級模塊可以根據功率輸出的功能進行調節


，但是對於典型單處理器服務器，僅需2種模塊即可。第一級的另一個獨特之處為多源極。當市場上諸如 GaN 之類的技術開始普及時，可以在不影響下遊解決方案的情況下無縫更換這些模塊。非穩壓可變 5-8V 電壓也可由 5-8V 穩壓代替
，不會對整個係統造成任何幹擾，從而可以保持互操作性。

 

第二級

 

第二級完全取決於所分配的電源。在1毫安負載情況下


，第二級就像使用線性低壓差（LDO）調tiao節jie器qi一yi樣yang簡jian單dan。隨sui著zhe功gong率lv級ji的de提ti高gao，第di二er級ji可ke以yi充chong分fen利li用yong單dan相xiang同tong步bu降jiang壓ya調tiao節jie器qi。隨sui著zhe輸shu入ru電dian壓ya的de下xia降jiang
，低di占zhan空kong比bi率lv的de要yao求qiu也ye隨sui之zhi減jian少shao
，並bing且qie還hai可ke以yi優you化hua場chang效xiao應ying管guan(FET)和效率

，減少損耗。與典型的 12V 電源相比，此種通過減少高擊穿電壓 FET 需xu求qiu的de解jie決jue方fang案an，不bu僅jin可ke以yi降jiang低di元yuan器qi件jian的de成cheng本ben，還hai可ke以yi從cong效xiao率lv上shang改gai善shan它ta們men的de品pin質zhi因yin數shu。而er針zhen對dui處chu理li器qi和he存cun儲chu器qi中zhong更geng高gao的de電dian流liu解jie決jue方fang案an，可ke采cai用yong多duo相xiang交jiao錯cuo並bing聯lian調tiao節jie器qi（見圖2）。

 

隨著輸入電壓的降低
，這些多相變換器的峰值效率可高達約97%。得益於大部分變換器中前饋控製的改善，浮動輸入電壓（5-8V，第一級輸出）也變得更易處理。由於使用了更小尺寸的電感和更少的電容
，高頻變換器的尺寸也變得更小。

 

圖2：第二級

 

總結/結論

 

該解決方案的總效率約為 95%
，超過了 48V-1V 轉換 93% 的目標效率
，可匹敵最先進的12V-1V轉換效率。因為模塊可以豎直貼裝,所(suo)以(yi)不(bu)會(hui)增(zeng)加(jia)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)尺(chi)寸(cun)。第(di)二(er)級(ji)尺(chi)寸(cun)減(jian)小(xiao)的(de)後(hou)續(xu)增(zeng)益(yi)對(dui)應(ying)了(le)第(di)一(yi)級(ji)尺(chi)寸(cun)的(de)增(zeng)加(jia)。第(di)二(er)級(ji)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)靈(ling)活(huo)使(shi)用(yong)和(he)第(di)一(yi)級(ji)變(bian)換(huan)器(qi)的(de)響(xiang)應(ying)調(tiao)整(zheng)功(gong)能(neng)
，增(zeng)加(jia)了(le)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)可(ke)調(tiao)性(xing)。采(cai)用(yong)此(ci)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，在(zai)保(bao)證(zheng)數(shu)據(ju)中(zhong)心(xin)成(cheng)本(ben)和(he)尺(chi)寸(cun)不(bu)變(bian)的(de)同(tong)時(shi)
，可(ke)實(shi)現(xian)每(mei)機(ji)架(jia)100kW的功率密度。

 

 

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