摘要：今天，服務(wù)器群的電力需求從早年的1kW/機(jī)架增加到了20kW。數(shù)據(jù)流量趨勢(shì)正在加速，預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)需求將達(dá)到30kW/機(jī)架。48V DC配電提供了一個(gè)可以隨著服務(wù)器部署規(guī)模提升的高功率密度。

　　1 增長(zhǎng)的服務(wù)器密度

　　到2020年末，數(shù)字宇宙(一年內(nèi)創(chuàng)建、復(fù)制和消耗的所有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的度量單位)將達(dá)到40澤字節(jié)(40×10²¹)，這相當(dāng)于在2010年基礎(chǔ)上增長(zhǎng)了50倍^[1]。

　　為了支持這一空前的流量增長(zhǎng)。服務(wù)器都采用了多核處理器，并增加了每個(gè)板的處理器數(shù)量。整體機(jī)架密度也已經(jīng)提高，從1996年的每機(jī)架7臺(tái)服務(wù)器達(dá)到2010年的每機(jī)架20臺(tái)服務(wù)器。機(jī)架功率也以同種方式增加了，從2000年的千瓦/機(jī)架達(dá)到2007年的10kW/機(jī)架，今天許多新安裝的設(shè)備超過(guò)了20kW/機(jī)架。

　　對(duì)于新設(shè)備和那些正在升級(jí)的服務(wù)器，這些趨勢(shì)已經(jīng)很難繼續(xù)用使用單相AC-DC轉(zhuǎn)換器的12V電壓在機(jī)架級(jí)分配電能。

　　2 12V配電的挑戰(zhàn)

　　基于12V配電的典型服務(wù)器機(jī)架使用一個(gè)電力輸送單元(PDU)，包括EMI電源濾波器和一個(gè)有480V三相輸入和277V單相輸出的Y型配置變壓器，它為機(jī)架的AC-DC轉(zhuǎn)換器供電。要為一個(gè)10kW機(jī)架供電，俗稱銀盒的AC/DC轉(zhuǎn)換器必須為其IT負(fù)載組合提供超過(guò)800A功率。原理圖示例如圖1所示。

　　這些銀盒獨(dú)立工作，無(wú)需同步，導(dǎo)致其輸入電流波形出現(xiàn)了更豐富的諧波含量。轉(zhuǎn)換器的功率因數(shù)校正(PFC)電路可正確輸入相對(duì)于輸入電壓波形的電流波形，但隨著銀盒制造商在努力提高功率轉(zhuǎn)換效率，AC線路上的諧波含量也在不斷增加^[5]。

　　例如，那些符合80-Plus Gold認(rèn)證的銀盒可提供92%的峰值效率，產(chǎn)生其輸入電流波形約5%的總諧波失真(THD)(相對(duì)于基波頻率)。符合80-Plus Titanium認(rèn)證的AC/DC轉(zhuǎn)換器可提供96%的峰值效率，產(chǎn)生約12%的總諧波失真。

　　此外，銀盒是異步操作，因此所產(chǎn)生的諧波電流與上游AC線相互作用，且通常在PDU或不間斷電源(UPS)中的三相變壓器內(nèi)組合，從而產(chǎn)生更寬的中、低頻諧波(幾Hz到幾kHz)。

　　最近的研究^[5-6]表明，當(dāng)一個(gè)線路變壓器的電流波形的總諧波失真超過(guò)5%時(shí)，每增加2%的總諧波失真可產(chǎn)生額外1%的總功率損耗，通常發(fā)生在PDU(或UPS，或兩者)中。對(duì)于一個(gè)為80-Plus Titanium AC-DC轉(zhuǎn)換器供電的10kW系統(tǒng)，正是由于電流總諧波失真的緣故，至少相當(dāng)于PDU耗散了350W。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員必須估計(jì)PDU的大小，以適應(yīng)額外損耗，從而增加了機(jī)架的安裝成本，并影響整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。

　　最終，隨著機(jī)架功率的持續(xù)增加，12V配電開(kāi)始出現(xiàn)更基本的問(wèn)題。由于個(gè)別主板增加了內(nèi)核、內(nèi)存和I/O，細(xì)分(subdivide)電源的能力變得很有限，而實(shí)際和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的母線和電源輸入連接器的電流最大值會(huì)對(duì)整體機(jī)架密度產(chǎn)生負(fù)面的影響。在20kW/機(jī)柜中，12V電源架必須提供凈1.7kA，而機(jī)架供電要求并沒(méi)有停滯不前。