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算力升级驱动服务电源升级探究高压功率器件PG电子APP选型趋势
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另外服务器电源也普遍遵循80 PLUS认证能效标准,该标准是由美国ECOS Consulting 于 2004 年推出的电源转换效率认证项目,旨在推动计算机、服务器等设备提升能效、降低能耗与发热。目前主要分为七大等级,白牌、铜牌、银牌、金牌、白金、钛金、红宝石。
服务器作为数据中心的核心供电单元,其连续输出性能远超传统PC台式机电源,广泛应用于企业数据中心、无盘系统、通信机房等高负载场景。面对7×24小时不间断运行的苛刻要求,服务器电源在设计与用料上更加严谨,普遍采用高可靠性元器件,并支持易于维护的冗余架构,以最大程度降低单电源故障带来的数据风险。
充电头网累计深度拆解20款服务器电源,从内部架构到器件布局进行系统化分析,重点聚焦高压功率器件的选型。随着碳化硅与氮化镓等第三代半导体技术的快速渗透,服务器电源在高功率密度与高效率设计上正迎来显著变化。希望通过本篇汇总案例,读者可以更直观地了解服务器电源的核心设计思路以及高压功率器件的应用趋势。
康舒这款550W服务器电源采用了移相全桥架构设计,主要采用了TI德州仪器UCC28019A+UCC3895方案,CREE C3D04060A碳化硅二极管进行升压整流,隔离驱动采用UCC27324驱动变压器。另外设计有辅助电源供电电路,采用英飞凌ICE3AR0680JZ离线开关电源芯片;输出端采用微芯PIC16LF1937单片机进行电源整机控制。日化、红宝石电容进行输入输出滤波。
散热片上固定有高压开关MOS管,两颗来自英飞凌,IPA60R380E6,耐压650V,导阻0.38Ω,采用TO220FP绝缘封装。
康舒1100W白金牌服务器电源,这款电源支持100-127V输入,输出功率为1050W,在200-240V输入时达到额定输出功率1100W。电源额定输出电压为12.2V,辅助电源输出为12V,额定输出电流3A。电源模块采用长条形金属外壳,输入端设有散热风扇,把手,指示灯和电源插座,输出端设有金手指连接器。这款电源模块用于为联想服务器供电,采用PFC+移相全桥架构。
戴尔这款服务器电源由台达电子代工,固定12V输出,输出电流为41.25A,电源最大输出功率为495W。这款电源内部采用微芯科技的DSPIC用于PFC升压,TI德州仪器 UCC28950用于移相全桥和同步整流控制,辅助电源控制器来自安森美。
辅助电源开关管来自英飞凌,型号SPD06N80C3,NMOS,耐压800V,导阻900mΩ,采用TO252封装。
戴尔这款600W冗余电源用于存储阵列供电,采用双电源冗余配置,提升供电可靠性。这款电源由光宝科技代工,具备80PLUS银牌转换效率。电源支持100-240V宽电压输入,具备12V,5V和5V待机输出。
初级开关管来自富士电机,型号2SK3531,NMOS,耐压900V,导阻1.92Ω,采用TO-220AB封装。
移相全桥开关管来自英飞凌,型号SPP11N60CFD,NMOS,耐压650V,导阻440mΩ,采用TO220封装。
戴尔的这款电源大约为2011年生产,输出电压为12.1V,输出电流为70.4A,待机电源输出电压为12V,输出电流为1.5A,总输出功率为870W。这款电源由雅达电子代工,通过了80PLUS 银牌标准。
碳化硅二极管来自英飞凌,型号IDT02S60C,耐压600V,70℃下工作电流3A,采用TO220封装。
初级开关管来自ST意法半导体,型号STP6NK90Z,NMOS,耐压900V,导阻1.56Ω,采用TO220封装。
这款服务器电源大约为2014年以后生产,为12V输出,输出电流为91.6A,最大输出功率为1100W,通过了80 PLUS 白金标准。另外这款电源提供12V待机电源,输出电流为3A。电源为砖块造型,采用PCB金手指连接器。
PFC开关管来自英飞凌,型号IPW60R125C6,为CoolMOS C6系列,是一颗耐压650V,导阻125mΩ的NMOS,采用TO247封装,在背面还焊接一颗型号相同的开关管,两颗并联。
PFC整流管来自英飞凌,型号IDH10SG60C,是一颗耐压600V,10A的碳化硅二极管,采用TO220封装。
开关管来自英飞凌,型号为IPP60R199CP,NMOS,耐压600V,导阻199mΩ,采用TO220封装。其中正反面各两颗。
艾默生这款开关电源模块型号为7001490-J000,电源模块支持100-240V宽范围输入电压,输出电压为12.3V,额定输出功率为1725W。模块输入端设有品字插座,指示灯和脱扣把手,输出端设有连接器供电。在模块内部设有散热风扇,两端均设有散热孔用于空气流通。
超快恢复二极管来自意法半导体,型号STTH3R06U,规格为3A 600V,采用SMB封装。
辅助电源开关管来自意法半导体,型号STP10NK80Z,NMOS,耐压800V,导阻780mΩ,采用TO-220封装。
长城250W功率CPRS电源模块用于网件M4300系列10G交换机供电,网件型号为APS250W。电源支持100-240V宽电压输入,输出电压为12V,输出电流20.0A,待机电源输出电压12V,输出电流1A,额定输出功率为250W。
PFC整流管来自意法半导体,型号STTH8R06D,为快恢复二极管,规格为600V 8A,采用TO-220AC封装。
长城GW-CRPS550白金牌服务器电源支持100-240V宽电压输入,输出电压为12V,输出电流45A,待机电源输出电压为12V,输出电流3A,额定总输出功率为550W。电源模块输入端设有散热风扇,电源插座和指示灯,输出端设有金手指连接器。电源内部采用PFC+LLC架构,支持PMBus通信。
待机电源芯片来自三垦,型号STR-W6051S,芯片内置650V耐压开关管,内部集成启动电路和待机功能,具备丰富的保护功能,支持30W输出功率,采用TO220F-6L封装。
可控硅来自意法半导体,型号TYN816,规格为16A 800V,采用TO-220AB封装。
碳化硅二极管来自意法半导体,型号STPSC4H065,规格为650V 4A,为高浪涌碳化硅肖特基二极管,采用TO-220AC封装。
长城的730W服务器输出电压为12V,输出电流为60A,待机电源输出功率为5V3A,额定输出功率为730W。电源通过了80PLUS白金标准,输出侧采用连接插座。这款电源由长城代工生产,为标准服务器电源,具有快拆设计。
长城推出的一款2200W白金牌服务器电源,电源型号为CRPS2200DLW,支持100-240V宽电压输入,其中100-127V交流输入时电源输出功率为1100W,当200-240V交流输入或240V直流输入时,电源输出功率为额定2200W,电源模块输入端设有散热风扇,电源插座和指示灯,输出端设有金手指连接器。
PFC旁路二极管来自光宝,型号S8MC,规格为1000V 8A,采用SMC封装。
PFC开关管来自安森美,型号FCH067N65S3,NMOS,耐压650V,导阻67mΩ,采用TO-247封装。漏极设有磁环组成的电流互感器,用于检测开关管电流。
华为这款750W钛金牌服务器电源支持220V交流或240V直流输入,输出电压为12V,输出电流为62.5A,待机电源输出同样为12V,输出电流为2.5A,总输出功率为750W。电源符合80PLUS钛金标准,具备更高的转换效率。电源输入端设有散热风扇,连接器和指示灯,输出端采用PCB金手指连接。
在散热片上固定PFC以及LLC开关管,来自英飞凌,丝印6R190C6,型号IPP60R190C6,NMOS,耐压650V,导阻190mΩ,采用TO220封装,共计四颗用于图腾柱PFC。
两颗二极管来自瑞能,型号BYV25FD-600,为超快恢复二极管,规格为600V 5A,采用TO252封装。
华为这款3000W功率的氮化镓电源采用短身设计,外观上看起来就像是1U电源折叠起来的样子。电源为金属外壳,在侧面通过螺丝装配,侧面的外壳上还有冲孔,用于空气流通,进行散热。这款电源型号为TMN1APSU,输出规格为53.5V 56.1A,计算输出功率为3000W,并且支持根据输入电压的降低,对应降低输出功率。电源端面设有散热风扇和电源输入插座,输出侧设有散热格栅和输出金手指。
PFC整流管来自ST意法半导体,型号STTH30L06W,是一颗600V 30A的超快恢复二极管。
半桥开关管来自ST意法半导体,型号STP34NM60N,是一颗耐压600V的NMOS,导阻92mΩ,采用TO220封装。
华为R4850G1电源模块采用金属外壳,模块前端设有安装卡扣,使用螺丝组装固定。模块额定输入电压为200-240V,输出功率为3000W,低压输入时输出功率为1200W。模块前端设有散热风扇和指示灯,尾部设有连接器,用于交流输入和直流输出以及通信连接,便于替换维护。
航嘉这款2000W白金牌服务器电源支持100-127V交流输入,输出功率为1000W。在200-240V交流输入时,达到额定输出功率2000W。电源额定输出电压为12V,待机电源输出为12V,额定输出电流3A。
PFC整流管来自意法半导体,型号STPSC8H065D,为碳化硅二极管,规格为650V 8A,采用TO-220AC封装。
英特尔这款钛金服务器电源型号为PSSF162205A,电源支持宽范围输入电压,额定输出功率为1600W,电源输入端设有品字接口用于连接电源线,并设有LED灯指示运行状态。输出端设有PCB金手指,连接到服务器供电。电源内部设有散热风扇,从输出端吸入空气,从输入端吹出散热。
主动整流管来自东芝,型号TK31V60W,NMOS,耐压600V,导阻78mΩ,采用DFN8*8封装。
这款光宝科技推出的服务器电源约为10年前生产,电源为12V输出,输出电流为38.3A,输出功率为460W,通过了80 PLUS 白金标准。此外电源还具备12V待机电压输出,输出电流为2.5A。电源采用板砖造型,采用金手指连接器,支持热拔插。
其中散热片一侧的开关管型号为SPP11N60CFD,来自英飞凌,NMOS,耐压650V,导阻440mΩ,采用TO220封装。
甲骨文SPAORCL-01G服务器电源模块采用长条造型,在机身外侧设有指示灯和进气口,底部设有锁定机构用于固定。机身内侧设有接线端子,为热拔插设计。电源支持200-277V交流输入,240-380V直流输入,最大输出功率达3060W。电源模块输出电压为12V,主输出为12.3V 244A,待机输出为12V5A。电源模块具备I2C通信功能,具备过热,输出过电压保护和过电流保护。
二极管来自威世,型号S4PK,规格为800V 4A,采用TO-277A封装。
超微服务器720W冗余电源模块,型号为PWS-721P-1R,由肯微科技股份有限公司制造,电源模块采用PFC+移相全桥架构,具备80PLUS金牌转换效率。电源模块支持100-240V宽电压输入,具备12V输出和5V待机输出。
两颗快恢复二极管来自安森美,丝印U3J,型号MURS360,规格为600V 3A,采用SMC封装。
切换开关管来自意法半导体,型号STW42N65M5,NMOS,耐压650V,导阻71mΩ,采用TO-247封装。
超聚变服务器电源220-240V交流或240V直流输入,输出电压为12.1V,输出电流为165.3A,总输出功率为2000W。在输入电压降额时,输出功率同步调整为1000W或1600W。服务器电源输入端设有散热风扇,电源插座和指示灯,输出端设有金手指连接器。电源内部采用PFC+LLC架构,符合80PLUS白金转换标准。
两颗串联的二极管来自安森美,型号MURHD560W1T4G,为超快恢复二极管,规格为5A 600V,采用DPAK封装。
左侧超快二极管来自威世,丝印UK,型号US1K,规格为800V1A,采用SMA封装。
通过对多款服务器电源的拆解分析可以看出,高压功率器件的选型已成为提升服务器电源效率的关键。在高压MOSFET方面,主流厂商普遍采用高效器件,以降低开关损耗并提升功率密度,且部分产品则开始引入碳化硅器件,以便在高压高频场景下表现出更优的效率与散热性能。
同时随着服务器算力需求和能效标准不断提升,高压功率器件的技术迭代将持续向第三代半导体器件替代的方向发展。以SiC、GaN为代表功率器件的规模应用,将成为下一代服务器电源提升功率密度、降低能耗的发展方向之一。