【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問題日益突出。據(jù)預(yù)測，到2030年，全球?qū)⒂屑s8%的電力被數(shù)據(jù)中心消耗掉。而在實際運行中，許多數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器平均僅使用了其額定功率的5%至15%，大部分時間處于待機或輕載狀態(tài)。因此，如何在輕載條件下提升能源利用效率，成為實現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵。近日，上海科技大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院智慧電氣科學(xué)中心(CiPES)王浩宇教授團隊提出了一種適用于數(shù)據(jù)中心的新型負載點電源解決方案，顯著提升輕載工況下的能效表現(xiàn)。
圖1 數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)示意圖
跨電感電壓調(diào)節(jié)器(Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR)(圖2)作為數(shù)據(jù)中心供電架構(gòu)中最末級常用的電源拓撲，因其易于擴展和適合多相耦合的特點，廣泛應(yīng)用于大電流需求的負載點供電場景。服務(wù)器長期運行在輕載狀態(tài)下，提升該工況下的轉(zhuǎn)換效率顯得尤為重要。
雖然TLVR系統(tǒng)通常可以采用“切相(Phase Shedding)”技術(shù)來降低輕載時的損耗，但由于各相之間存在較強的磁耦合，限制了該策略的實際效果。針對這一挑戰(zhàn)，王浩宇團隊設(shè)計了一種“非線性耦合電感”結(jié)構(gòu)(圖3)。該電感在輕載條件下能夠自動減弱各相之間的耦合強度，同時提高電感值，從而有效降低電流紋波，提升系統(tǒng)效率。實驗結(jié)果表明，在一個4相、12V/1.8V、80A的TLVR系統(tǒng)中，新方案在輕載狀態(tài)下實現(xiàn)了效率提升2.5%的顯著效果。這項工作為未來數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)智能化節(jié)能提供了新的技術(shù)路徑。
圖2 跨電感電壓調(diào)節(jié)器
圖3 (a)所提出的非線性耦合電感(b)效率曲線對比
相關(guān)研究成果以“Nonlinear Coupled Inductor-Based Light-Load Efficiency Boost Technique for Trans-Inductor Voltage Regulators”為題，發(fā)表在IEEE Transactions on Power Electronics上。信息學(xué)院2023級博士研究生李澤暉為論文第一作者，王浩宇教授為通訊作者，上海科技大學(xué)為第一完成單位。
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