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 電dian壓ya驅qu動dong至zhi電dian路lu板ban。那na麼me，還hai有you什shen麼me其qi他ta辦ban法fa可ke以yi在zai不bu增zeng加jia成cheng本ben的de前qian提ti下xia提ti高gao數shu據ju中zhong心xin的de功gong率lv密mi度du呢ne
？本ben文wen概gai述shu了le一yi種zhong兩liang級ji架jia構gou解jie決jue方fang案an——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jia100kW的功率密度。

 

 

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