Vicor推48V機櫃電源架構 伺服器電力方案備受矚目

Vicor Corporation應用工程師楊有承。

在IoT架構下，終端的感測器、設備把蒐集的資料透過閘道器，再把資料傳送至資料中心，使得個人及企業對雲端服務的需求日益大增。

雲端應用帶出資料中心(Data Center)、企業伺服器(Enterprise Server)的電力密度、電壓功率、電能損耗等議題，目前資料中心的能源耗用已佔全球用電量2%，估計2020年全美資料中心能源耗用將達到1,400億度電力。如何減少能耗，建立高效能、高密度、低成本的電源傳送？分配方案，是資料中心電源管理的急迫需求。

針對此需求，專門研發模塊化功率元件的電源轉換解決方案大廠Vicor Corporation，發表「新世代高壓直流機櫃式伺服器電源及高密度解決方案」，展示高壓直流(HVDC)380V逐漸成為資料中心、電信業的新標準。

Vicor提供的48V機櫃伺服器電源方案，與傳統12V作法相比，電源效率優化將近30%，同時48V直接供電給負載點(PoL)的系統成本、元件面積大幅下降，同時重量減輕、EMI(電磁干擾)下降，功率傳輸損耗降低達16倍。

全方位高效功率電源方案 Vicor擁業界最小電源模組

Vicor Corporation應用工程師楊有承首先提到Vicor的產品線源頭包含，AC端從110V？220V或是從HVDC到48V or 24V，HVDC在Vicor的產品主要是54V、240V、380V直流輸入範圍。在電路拓樸部分，Vicor的核心優勢技術有三塊，包含：1.零電壓切換穩壓器(ZVS Regulators)、2.Double-Clamped-ZVS、3.弦波振幅轉換器(Sine Amplitude Converter；SAC)。

楊有承接著說明，Vicor配合不同封裝技術，目前電力產品線形成3種技術項目，包含VIA(Vicor Integrated Adapter)、ChiP(Converter housed in Package)，主要把轉換器整合到晶片內，封裝技術提升散熱效果，以及SiP(System in Package)，模組微型化更容易生產及後續應用。

Vicor有業界最小電源模組48V直接到負載點(PoL)，搭載13毫米x23毫米的ChiP封裝，就是採用正弦振幅轉換器技術，實現更高密度的電源系統。

HVDC在資料中心、電信領域的優勢

楊有承進一步介紹到，為何HVDC從一百年前提出的概念，直至今日才開始受到重視？主要原因像是全球暖化、政府法規規範、企業節省成本、降低資料中心維修費用，甚至是提倡Hybrid、再生能源等，皆促使HVDC逐漸成為業界趨勢。

然而除了大環境因素，HVDC有那些具體的效益？首先，高壓輸電在相同功率時，不但可降低傳輸電流，同時減少電線的線損。其次，儘管HVDC和AC供電共存一段時間，但HVDC的優勢在節省傳統UPS效率，因減少一級轉換，使系統可靠度獲得提升及建構成本下降。

對此，Vicor的HVDC機櫃式伺服器電源，能從380V HVDC轉換到48V/12V，同時每個BCM(Bus converter Module)可達到1,800W的功率密度表現。除了功率，對於減少纜線數、節省費用跟傳輸時的能耗，都是新一代HVDC高密度解決方案的價值。

楊有承解釋，高電壓的傳輸會產生高傳輸效率，因而促使低電壓、較大電流的CPU、GPU、記憶體直接由48V配電匯流排供電，在轉換過程展現低配電損耗。若從焦耳定律(Joule's Laws)來看，直流或交流電在轉換？傳輸或遇到電阻時都會產生能耗，Vicor解釋傳輸12V需要16條電纜線，但若改為48V時 (越高壓線徑越細)，只需1條電纜線。

所以不論是在資料中心或是大型電信設備，由於內部有伺服器、Switch、儲存硬碟等網通硬體集結在機櫃內，成排機櫃聚集成機房，每一部分皆會耗電，每個機櫃並產生10k？40K瓦耗能。而Vicor的解決方案能有效做到節省電力，降低設備規模大小及人力管理等成本，目前380V HVDC及48V bus就是朝此方向進行。

戶外小型基地台配電方案：VIA PFM

除了資料中心、電信設備方案，Vicor也針對戶外小型基地台提供VIA封裝技術，也就是採取新的電源元件擴充功率的設計方法。楊有承解釋，由於大型基地台之間因距離導致覆蓋率有限，對某些地區的收訊造成問題，而透過Vicor設計模塊，提供電源裝載在電線桿、變電箱等處小型基地台，完成RF、訊號傳訊、連線等方案。

目前Vicor提供的VIA PFM前端功率模組，做到8 W/cm³(127 W/in³)功率密度，同時在功率達400W、通用AC輸入範圍為85V？264V，尖峰效率在93%的情況下，供應隔離式、PFC穩壓型24V或48V SELV DC輸出。尤其在散熱功能，高熱效的VIA PFM安裝在底座且具有導熱功能，可消除風扇空間，外殼做到均溫，進一步縮小電源系統的空間佔用。