高效率伺服器電源參考設計

由於採用了最新的半導體裝置，相較於具有相同電路架構的先前參考設計，因此該設計更加高效。

新型的1U尺寸電源的參考設計，其輸出電壓為DC 12 V ，輸出功率為1.6 kW （最大值），適用於需降低能耗的資料中心伺服器。

隨著資料中心能耗不斷上升，業界對於可提高效率、減少損耗和降低能耗的伺服器電源的需求也日益增長。東芝將其最新的功率元件、數位隔離器等引入到比之前設計更高效的伺服器電源參考設計中。該設計提供了所有關鍵訊息，包括電路圖和電路板線路圖案。

1.6 kW伺服器電源參考設計（升級版）

Reference Design of High Efficiency Power Supply for Server

特性

  • 採用東芝最新的功率元件和數位隔離器，效率高
    比先前的設計更有效率

  • 1U機架尺寸，配備伺服器電源所需的功能
    整合PFC、DC-DC轉換器、輸出ORing電路和內部控制電路輔助電源

  • 提供可編輯的設計資料（EDA工具資料）和電路板處理資料
    透過在EDA工具上進行編輯，可製造或更換相同的電源以滿足規格要求。

效率特性

隨著資料中心數量不斷攀升，安裝伺服器的數量也隨之增加，降低能耗水準比以往任何時候都更加重要。由於伺服器電源單元的轉換效率會嚴重影響能耗，因此高效率是核心需求。與目前的參考設計相比，我們的參考設計在滿載範圍內效率更高，因此滿足高效率要求且能耗更低，當輸入電壓為AC 230 V時，效率可達到95.4% （輸出： 0.8 kW ）和93.4% （輸出： 1.6 kW ）。

Efficiency Curves
效率曲線

方塊圖

架構與目前1.6 kW伺服器電源相同：半無橋PFC 、全橋相移轉換器以及ORing輸出電路。

Simple Block Diagram
方塊圖

採用的東芝產品

Power MOSFET TK125N60Z1 (under development)

功率MOSFET TK125N60Z1 （開發中）

此MOSFET具有快速開關能力，適用於PFC

  • 汲極-源極電壓：600 V（最大）
  • 汲極電流：20 A（最大值）
  • 導通電阻：0.105 Ω（典型值）@V GS ＝10 V
  • 閘極輸入電荷：28 nC （典型值）@V GS ＝10 V

TK125N60Z1

Power MOSFET TK095N65Z5

功率MOSFET TK095N65Z5

此MOSFET適用於具有高速二極體的橋接電路

  • 汲極-源極電壓：650 V（最大值）
  • 汲極電流：29 A（最大值）
  • 導通電阻：0.079 Ω（典型值）@V GS ＝10 V
  • 閘極輸入電荷：50 nC （典型值）@V GS ＝10 V
  • 反向恢復時間：115 ns（典型值）

TK095N65Z5

Power MOSFET TPH2R408QM

功率MOSFET TPH2R408QM

透過優化元胞結構，實現低導通電阻和低輸出電荷

  • 汲極-源極電壓：80 V（最大）
  • 汲極電流：120 A（最大值）
  • 導通電阻：1.9 mΩ （典型值）@V GS ＝10 V
  • 輸出電荷：90 nC （典型值）@V DS ＝40 V

TPH2R408QM

Power MOSFET TPHR6503PL1

功率MOSFET TPHR6503PL1

由於導通電阻較低，導通損耗也較小

  • 汲極-源極電壓：30 V（最大值）
  • 汲極電流：150 A（最大值）
  • 導通電阻：0.41 mΩ （典型值）@V GS ＝10 V

TPHR6503PL1

This third generation product improves the trade-off between forward voltage and total capacitive charge

SiC蕭特基勢壘二極體TRS6E65H

第三代產品提高了正向電壓與電容電荷總量之間的平衡性

  • 重複峰值反向電壓：650 V（最大值）
  • 正向直流電流： 6 A（最大值）
  • 正向降壓：1.2 V（典型值）@I F ＝6 A
  • 電容電荷總量：17 nC （典型值）@V R ＝400 V

TRS6E65H

Digital isolator DCL540C01

數位隔離器DCL540C01

具有磁耦合結構的四通道數位隔離器

  • 傳輸延遲：10.9 ns（典型值）
  • 通道匹配（同向）：3.2 ns（最大值）
  • 高CMTI：100 kV/ μs （最小值）
  • 供電電壓：2.25 V至5.5 V

DCL540C01

參考設計概況

此1.6kW AC-DC電源供應器可將100V系統或200V系統的單相交流電壓輸入轉換為12V直流輸出。電路板尺寸為307 mm×135 mm ，高度為43 mm ，可安裝在1U機架式伺服器內。

  • 輸入電壓：AC 90 V-264 V
  • 輸出電壓：DC 12 V
  • 輸出功率：0.8 kW（100 V系統輸入），1.6 kW（200 V系統輸入）
  • 高度：43 mm（含基板和上蓋板）
1.6 kW Server Power Supply (Upgraded)
1.6 kW Server Power Supply (Upgraded)

1.6 kW伺服器電源參考設計（升級版）

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