硬核拆解华为无散热片3000W服务器电源,功率密度高达6.114Wmm3

硬核拆解华为无散热片3000W服务器电源,功率密度高达6.114Wmm3,第1张

电子发烧友网报道(文/李诚)随着产业的数字化转型,通信基站、数据中心逐渐增多,能源压力愈发紧张。据相关资料显示,预计至2025年通信站点数量将增至7000万个,年耗电量超过6700亿度;数据中心将增至2400万机架,年耗电量超过9500亿度。数以亿计的用电量让人陷入了沉思,在“双碳”的大背景下,节能减排已成为全人类的共同目标,也掀起了各行业的能源革命。

以通信业务起家的华为,在通信基站、服务器领域均有布局,秉承着“极简、绿色、智能、安全”的理念,推出了多款应用于服务器的电源产品。

图源:华为

近日,B站博主@机魂发布了一条关于电源拆解的视频深深吸引了我。拆解的是一款来自华为的钛金级3000W氮化镓服务器电源。据博主介绍,该电源型号为PAC3000S12-T1,是华为几年前的一款产品,电源功率密度极高,系统转换效率更是高达96%。

背面参数 图源:@机魂

通过查阅相关资料发现,华为有用多款服务器电源产品,输出电压均为12V,输出功率涵盖了900W至3000W不等,封装尺寸均为68mm x 183mm x 40.5mm,183mm的身长与业界平均水平265mm相比缩短了不少,体积控制到了490.62 mm3 ,以至于功率密度高达6.114W/mm3。而常规的消费类氮化镓电源的功率密度只有1.1W/ mm3 ,即使与专用的服务器电源相比,这款电源的功率密度也提升了50%以上。同时支持90~264V交流电压和180V~300V直流电压输入,12.3V/243.9A输出。

左:三款不同输出功率的电源内部对比 右:电源输出端 图源:@机魂

PAC3000S12-T1是如何实现功率密度高达6.114W/mm3的呢?通过以上三款华为服务器电源内部对比发现,这三款底面PCB的大小是一致的,900W和1200W的电源内部空间看起来比较宽裕,并且都接入了较大的铝基散热板,增强电源系统的散热性能。而3000W的电源内部取消了散热板的设计,采用了PCB横、竖拼接的方式,将有限的空间利用率提至最高,并且塞满元器件,在电源输出侧还采用了MLCC电容叠焊的设计,从整体来看这款电源非常紧凑。

俯视面图 图源:@机魂

由于这款电源的内部空间有限,设计师尽可能地为其他元件预留充足的空间,将两个PFC电感设计为一个整体,共用一组磁芯,合封在一起。这也是功率高密度的一个体现。

从这款电源的外观、元器件布局来看,虽然很紧凑,但是一点不乱,这也体现了华为PCB设计工程师水平之高,既要考虑元器件布局时的电磁兼容问题,又要考虑如何布局才能使电源体积更小,仅在这一部分就花费了不少的心血。

在系统电路方面,这款3000W服务器电源采用了PFC+LLC的电源架构。这款电源采用的PFC拓扑为交错式图腾柱PFC,图腾柱PFC是一种新的PFC形式,是目前已知的电路拓扑中使用组件最少的,与传统PFC拓扑相比,导通损耗更低、转换效率更高。

图源:@机魂

在图腾柱PFC部分共采用了12颗MOSFET,其中高频桥臂使用了8颗氮化镓MOSFET,据博主推测这8颗氮化镓MOSFET为GaN Systems的GS66516T 650V增强型氮化镓MOSFET,采用了低电感的GaNPX 封装,导通电阻仅为25mΩ。低频桥臂使用了导通电阻为28mΩ的4颗硅基MOSFET,型号为英飞凌的IPT60R028G7 最大导通电压为650V,这些MOSFET都是通过两两并联,互相交错连接的。PFC主控芯片为ST专门针对数字电源转换应用的STM32F334。

图源:@机魂

LLC电路采用的是LLC谐振半桥结构,使用了4颗与PFC电路同型号的氮化镓MOSFET。辅助电源使用的是英飞凌的准谐振反激 PWM 控制器ICE2QR2280G,这款控制器具备了数字频率降低功能,能够在负载减小时保证运行的稳定性,同时在转换效率和抗电磁干扰方面均有不错的表现。12V输出使用的是东芝的N沟道MOSFET,导通电阻仅为0.41mΩ。

通过拆解发现,华为的这款电源用料十足,共堆了12颗氮化镓MOSFET,GS66516T在元器件交易平台的售价显示为275元每颗,仅仅12颗氮化镓MOSFET总价值就达到了3300元,华为的堆料能力真的是把我给折服了,严重怀疑设计师在设计这款电源时没有考虑成本。

电源在工作时会持续发热,随着温度的升高,电源的性能也会受到影响,电源组件寿命也会缩短,最终可能导致系统故障。因此电源的热管理十分关键。

图源:@机魂

通过电源拆解发现,电源内部竟没有安装散热片,散热全靠电源输入端旁的12V/4A的风扇完成,该风扇在满转速的情况下可达4W转,毕竟这款电源输出功率高达3000W,产生的热量不可小觑。但是不足之处就是在大转速下,风扇的声音也会很大。

下“重本”的电源效率为何仅有96%呢?由于散热采用的是12V/4A的风扇,在运行状态下风扇的损耗是很大的。以及由于输出电流高达243.9A,因此在同步整流环节的导通损耗非常高,同时,当243.9A大电流经过变压器时也会产生很高的铜损。这三个方面的损耗是这款电源的效率提不上去的主要原因。

虽说这是一款几年前的产品,但在大功率、高密度、高效率方面都能够满足现在服务器电源的发展需求,再加上错落有致的元器件布局,可以看出华为的研发团队还是相当有实力的。

白色绿光的是电源按钮

白色画着半圆和箭头的是定位灯按钮,按下去前后指示灯亮,操作多个服务器时防止弄错

上面有个Reset标识的小洞,是重启,找个尖东西插进按住就会重启

台式机电源怎么选 组装台式电脑机箱电源线接法图解

电脑电源是电脑各部件供电的枢纽,是电脑的重要组成部分。把220V交流电,转换成直流电,分别输送到各个元件。

电源分类

1、PC/XT电源

IBM最先推出个人PC/XT机时制定的标准

2、AT电源

也是由IBM早期推出PC/AT机时所提出的标准,当时能够提供192W的电力供应。

3、ATX 电源

ATX规范是Intel公司于1995年提出的一个工业标准,时至今日,ATX架构电源已经称为业界的主流标准。ATX是英文AT Extend的缩写,可以翻译为“AT扩展”标准,而ATX 电源就是根据这一规格设计的电源。目前市面上销售的家用电脑电源,一般都遵循ATX 规范。标准尺寸为150x140x86mm。

4、BTX 电源

BTX(Balanced Technology eXtended)电源是也就遵从BTX 标准设计的PC 电源。可以理解为是intel为了品牌机厂商生产便利的一个变通。BTX 电源兼容了ATX 技术,其工作原理与内部结构基本同ATX相同,输出标准与目前的ATX12V 2.0 规范一样,电源输出要求、接口等支持ATX12V、SFX12V、CFX12V和LFX12V。这种电源与以前的电源虽然在技术上没有变化,但为了适应尺寸的要求,采用了不规则的外型。目前定义了220W、240W、275W 三种规格,其中275W 的电源采用相互独立的双路+12V输出。BTX相对于ATX并不是一个革新性的电源标准。

5、EPS电源

EPS电源和紧急供电系统(UPS)是完全不同的概念。2002年开始随着数字化时代的发展,出现了为新生的工作组(WorkStation)和服务器机箱供电的SSI EPS标准。ATX电源的标准ATX2.03规定的主板电源是20pin,CPU电源为4pin。而EPS的特点是主板电源24pin,CPU电源8pin。所以现在经常看到的主板电源为20+4pin,CPU电源为4+4pin的ATX电源其实是ATX电源的扩展,正确名称应该为“ATX/EPS”。

现在流行的家用机主板CPU电源经常会有8pin的接口,普通的ATX电源上的4pin就可以完全满足其用电量(剩下4pin)。ATX电源上会有8pin接口这样的出现是因为intel的至强系列CPU被要求必须有8pin的供电——现行普通CPU的耗电量已经达到了70W以上,这样服务器双CPU就会超过140W,用12V换算的话就是超过12A以上的电流,4pin的四根细线线很明显对主板供电会不稳定,而且这也会造成安全隐患。ATX的20pin也是一样的道理,考虑到向更远的未来发展,主板厂商在普通家用主板上首先推出了24pin主板,而后ATX的单CPU上也出现了8pin接口,完全兼容了EPS标准。而这样的主板使用标准ATX电源也是完全可以的,不过出于安全考虑,最好把所有的线都接上。

6、WTX电源

WTX电源(Workstations TX)就是工作站电源,介于服务器和家用机之间,也可以理解为ATX电源的加强版本。当时由于PentiumIII Xeon(Slot2)的出现而提出的标准。尺寸上比ATX电源大,供电能力也比比ATX电源强,常用于服务器和大型电脑。WTX电源属于IA服务器电源的架构之一。

7、SFX、CFX、LFX电源

SFX电源、CFX电源、LFX电源同WTX电源一样,都可以说是ATX的变种,都在尺寸,功率上都有各自的规范,都同BTX电源一样兼容现在ATX系列主板。这些电源都是为了适应现在小型机箱没有独立显卡,体积小的特点而规定的标准,以方便个人组装电脑时选购不同的机箱等配件。CFX12V 适用于系统总容量在10~15 升的机箱;而LFX12V 则适用于系统容量6~9 升的机箱,目前有180W 和200W 两种规格SFX电源尺寸125x100x63.5mm。

台式电脑电源连接线

对于不同定位的电源,它的输出导线的数量有所不同,但都离不开花花绿绿的这9种颜色:黄、红、橙、紫、蓝、白、灰、绿、黑。健全的PC电源中都具备这9种颜色的导线(目前主流电源都省去了白线)。

黄色:+12V(标准范围:+11.40-+12.60)

蓝色:-12V(标准范围:-10.80--13.20)

红色:+5V(标准范围:+4.75-+5.25)

白色:-5V(标准范围:-4.50--5.50)

橙色:+3.3V(标准范围:+3.14-+3.45)

绿色:P-ON(电源开关端)

灰色:P.G信号线

组装电脑电源线接法

主板需要接电源的部件主要有:主板供电、CPU风扇供电、硬盘供电、独立显卡供电、以及主板跳线等。下面分别详细介绍下。

首先主板供电目前主板多数是24PIN接口,我们电源中也有24PIN接口,对应插入即可,该接法有防呆设计,因此一般都不会插错。


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