電子發燒友網報道(文/李誠)服務器電源在服務器設備中扮演著不可或缺的角色,對服務器設備的穩定運行起到了至關重要的作用。那么服務器電源在長期服役的狀態下,是如何保證電源供給穩定性的呢?
為探明這一問題,筆者近日對華為的一款750W服務器電源EPW750-12進行了拆解,并對其內部構造進行了解析。
外觀及基本參數
服務器電源EPW750-12采用了長條形板磚樣式設計,機身外殼采用全金屬材質進行包裹。在外觀上,前端設有一個3插電源母座和一個小型散熱風扇。設備的末端則是用于電源輸出的金手指接口。
通過機殼銘牌了解到,該電源通過了80 PLUS鉑金標準,系統效率能夠達到96%以上。支持100V~240V寬壓輸入,能夠適應不同地區的電網電壓標準。同時,支持12V恒壓輸出,最高輸出電流可達62.5A。
與此同時,該電源還內置了12V、2.5A輔助電源,用于為電源內部電路供電(包括散熱風扇),以此實現電源供給的內外兼顧,確保服務器運行的穩定性。
在尺寸方面,該電源的長寬高分別為19.5*8.5*4 cm,以總功率750W計算,相當于1.13W/cm3,功率密度并不是很高。
電源內部結構
拆開電源機殼可以看到,電源內部十分緊湊,采用了PCB橫、豎拼接的方式,將有限的空間利用率提至最高,并塞滿元器件。兩側拼板分別為電源的主控制板及輔助電源板。
由于大功率電源要輸出高電流和高頻率的信號,會產生較強的電磁輻射和干擾,因此在大功率電源應用中消除電磁干擾是一個不可避免的問題。
通過拆解發現,這款華為750W服務器電源的走線布局,經過了消除電磁干擾的精心設計,各個器件間的走線非常簡潔,都在盡可能降低因走線長度和電流回路面積,所帶來的電磁干擾減少能量損耗和電壓波動,確保高效、穩定的電源輸出。
當然,走線布局只是解決電磁干擾問題的一部分。在這款電源的輸入端還分別使用了一個尺寸在2厘米左右的共模電感和一個470μF大電容,用來限制共模電流的路徑,減少電磁輻射和干擾的產生,降低輸入端的噪聲和波動。
并且,這顆大電容并不簡單,是來自日本三大電容巨頭之一Chemi-Con(貴彌勒)450V 470μF的鋁制電解電容。通過電子元器件商城查詢,單顆售價就達到了20元。由此也能看出,華為在服務器領域對設備品質的追求。
瘋狂堆料的初次級電路
通過器件布局可以確定,該電源所采用的電源架構為PFC。其中,PFC的具體拓撲為兩相交錯式圖騰柱PFC。然而,此類電源拓撲大多應用在大功率且對系統效率要求較高的企業級設備中,沒想到華為竟然將其下放到了僅有750W的電源上。
兩相交錯式圖騰柱PFC由兩顆二極管和兩顆MOS管組成,其中二極管是來自ST的STTH15L06FP,最高可承受600V高壓和20A大電流。MOS管同樣來自ST,具體型號為21N65M5,是一款650V N溝道MDmesh? V功率MOSFET。據ST官方提供數據顯示,該MOS管最大導通電阻僅有0.179Ω,導通損耗非常低。
散熱片的背面是由4顆MOS管組成的移相全橋電路(主開關),所使用的MOS管與PFC電路一致,均為ST的21N65M5。盡管,所使用的MOS管材料并非當下正火的氮化鎵,但它們在可靠性和低導通電阻方面均有著不錯的表現。
PFC升壓和主開關的控制電路位于電源側面的拼板上,是由一顆DSP主控和一顆四路2輸入正與門邏輯芯片構成的純數字控制電路。
DSP主控芯片型號為TI的TMS320系列。TMS320是一顆強大的數字信號處理器(DSP)芯片,具有高性能和靈活的數字信號處理能力。它在電源控制中被用于運算、調節和監測功率因數校正和其他相關功能。
邏輯芯片的型號為LVC08A,這是一款四路2輸入正與門邏輯芯片。它可用于實現數字邏輯控制功能,如信號處理、邏輯運算和控制信號的生成等。
通過這樣的純數字控制電路,可以精確地控制PFC升壓和主開關的工作狀態和參數,以實現更高效、穩定的電源輸出。
主電源控制電路和前級升壓開關電路芯片在用料方面相同,都采用了TI的TMS320+LVC08A芯片方案。然而,在芯片數量方面有所不同。由于主電源控制電路需要承擔更多的功能和任務,需要更多的邏輯資源來完成各種控制和監測操作。因此,主電源控制電路使用的邏輯芯片數量比升壓開關電路多兩顆,共計三顆芯片。
主電源部分由橫跨前后級電路的變壓器負責降壓。
為了消除同步整流后電壓中夾雜的紋波和噪聲,還在輸出端設計了一個電感和兩顆容值為16V 1500μF的電容用于濾波,保證負載端所需電源質量的穩定性。
側板上的輔助電源在本質上與手機充電器類似,采用了直連電源的方式與前級輸入端相連。該輔助電源的板子上,包含有單獨的變壓器、主控芯片和反饋光耦等電路。
通過觀察了解到,輔助電源所采用的電源架構為低壓應用常見的QR電源架構。其中,主控芯片為英飛凌的ICE2QR2280G 800V PWM控制器。由于ICE2QR2280G內置了MOS管,所以高壓電路設計得十分簡潔。
結語
綜合來看,這款服務器最大的亮點在于,為保證電源供給的穩定性,電源內部所使用的物料,并沒有因為成本而做出讓步,所使用的器件均來自頭部國際大廠,瘋狂堆料。例如,Chemi-Con(貴彌勒)的鋁制電容、ST、NXP的二極管和MOS管,TI、英飛凌的主控芯片,無一不在彰顯著華為對產品品質的執著。
為探明這一問題,筆者近日對華為的一款750W服務器電源EPW750-12進行了拆解,并對其內部構造進行了解析。
外觀及基本參數
服務器電源EPW750-12采用了長條形板磚樣式設計,機身外殼采用全金屬材質進行包裹。在外觀上,前端設有一個3插電源母座和一個小型散熱風扇。設備的末端則是用于電源輸出的金手指接口。
通過機殼銘牌了解到,該電源通過了80 PLUS鉑金標準,系統效率能夠達到96%以上。支持100V~240V寬壓輸入,能夠適應不同地區的電網電壓標準。同時,支持12V恒壓輸出,最高輸出電流可達62.5A。
與此同時,該電源還內置了12V、2.5A輔助電源,用于為電源內部電路供電(包括散熱風扇),以此實現電源供給的內外兼顧,確保服務器運行的穩定性。
在尺寸方面,該電源的長寬高分別為19.5*8.5*4 cm,以總功率750W計算,相當于1.13W/cm3,功率密度并不是很高。
電源內部結構
拆開電源機殼可以看到,電源內部十分緊湊,采用了PCB橫、豎拼接的方式,將有限的空間利用率提至最高,并塞滿元器件。兩側拼板分別為電源的主控制板及輔助電源板。
由于大功率電源要輸出高電流和高頻率的信號,會產生較強的電磁輻射和干擾,因此在大功率電源應用中消除電磁干擾是一個不可避免的問題。
通過拆解發現,這款華為750W服務器電源的走線布局,經過了消除電磁干擾的精心設計,各個器件間的走線非常簡潔,都在盡可能降低因走線長度和電流回路面積,所帶來的電磁干擾減少能量損耗和電壓波動,確保高效、穩定的電源輸出。
當然,走線布局只是解決電磁干擾問題的一部分。在這款電源的輸入端還分別使用了一個尺寸在2厘米左右的共模電感和一個470μF大電容,用來限制共模電流的路徑,減少電磁輻射和干擾的產生,降低輸入端的噪聲和波動。
并且,這顆大電容并不簡單,是來自日本三大電容巨頭之一Chemi-Con(貴彌勒)450V 470μF的鋁制電解電容。通過電子元器件商城查詢,單顆售價就達到了20元。由此也能看出,華為在服務器領域對設備品質的追求。
瘋狂堆料的初次級電路
通過器件布局可以確定,該電源所采用的電源架構為PFC。其中,PFC的具體拓撲為兩相交錯式圖騰柱PFC。然而,此類電源拓撲大多應用在大功率且對系統效率要求較高的企業級設備中,沒想到華為竟然將其下放到了僅有750W的電源上。
兩相交錯式圖騰柱PFC由兩顆二極管和兩顆MOS管組成,其中二極管是來自ST的STTH15L06FP,最高可承受600V高壓和20A大電流。MOS管同樣來自ST,具體型號為21N65M5,是一款650V N溝道MDmesh? V功率MOSFET。據ST官方提供數據顯示,該MOS管最大導通電阻僅有0.179Ω,導通損耗非常低。
散熱片的背面是由4顆MOS管組成的移相全橋電路(主開關),所使用的MOS管與PFC電路一致,均為ST的21N65M5。盡管,所使用的MOS管材料并非當下正火的氮化鎵,但它們在可靠性和低導通電阻方面均有著不錯的表現。
PFC升壓和主開關的控制電路位于電源側面的拼板上,是由一顆DSP主控和一顆四路2輸入正與門邏輯芯片構成的純數字控制電路。
DSP主控芯片型號為TI的TMS320系列。TMS320是一顆強大的數字信號處理器(DSP)芯片,具有高性能和靈活的數字信號處理能力。它在電源控制中被用于運算、調節和監測功率因數校正和其他相關功能。
邏輯芯片的型號為LVC08A,這是一款四路2輸入正與門邏輯芯片。它可用于實現數字邏輯控制功能,如信號處理、邏輯運算和控制信號的生成等。
通過這樣的純數字控制電路,可以精確地控制PFC升壓和主開關的工作狀態和參數,以實現更高效、穩定的電源輸出。
主電源控制電路和前級升壓開關電路芯片在用料方面相同,都采用了TI的TMS320+LVC08A芯片方案。然而,在芯片數量方面有所不同。由于主電源控制電路需要承擔更多的功能和任務,需要更多的邏輯資源來完成各種控制和監測操作。因此,主電源控制電路使用的邏輯芯片數量比升壓開關電路多兩顆,共計三顆芯片。
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為了消除同步整流后電壓中夾雜的紋波和噪聲,還在輸出端設計了一個電感和兩顆容值為16V 1500μF的電容用于濾波,保證負載端所需電源質量的穩定性。
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