隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題日益突出。據(jù)預(yù)測(cè)，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(shí)際運(yùn)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(shí)間處于待機(jī)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(shí)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(tuán)隊(duì)提出了一種適用于數(shù)據(jù)中心的新型負(fù)載點(diǎn)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(jí)常用的電源拓?fù)洌蚱湟子跀U(kuò)展和適合多相耦合的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大電流需求的負(fù)載點(diǎn)供電場(chǎng)景。服務(wù)器長(zhǎng)期運(yùn)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(lái)降低輕載時(shí)的損耗，但由于各相之間存在較強(qiáng)的磁耦合，限制了該策略的實(shí)際效果。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，王浩宇團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(dòng)減弱各相之間的耦合強(qiáng)度，同時(shí)提高電感值，從而有效降低電流紋波，提升系統(tǒng)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一個(gè)4相、12V/1.8V、80A的TLVR系統(tǒng)中，新方案在輕載狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)了效率提升2.5%的顯著效果。這項(xiàng)工作為未來(lái)數(shù)據(jù)中心實(shí)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(duì)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(jí)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。