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。

充电器都会有一定的发热,通过了3C认证的,符合相关安全规范标准的,所以放心使用没问题的。

比如一些过温保护啥的;这款氮化镓超薄充电器应该是太薄了,肯定会比一般充电器热一点,尤其是给支持标准PD协议的笔记本电脑提供最大 40 W 的超级快充功率,但绝大部分电脑的充电功率是超过了40W的,所以充电器可能会存在因超负荷工作而发烫

前不久,华为终于发布了旗下P50系列手机,与此同时,华为还上架了一款66W氮化镓充电器,399元的定价一点也不便宜,那么同样是氮化镓充电器,为什么华为卖399元,而小米只卖149元?本篇就让我们聊一聊。

什么是氮化镓充电器?

在了解氮化镓充电器之前,我们得先了解什么是氮化镓。氮化镓是一种无机物,化学式为GaN,是氮和镓的化合物,属于第三代半导体材料,这种材料的优势主要体现在开关频率高、禁带宽度大、导通电阻低,使用氮化镓材料的充电器具有体积小、负荷高、损耗低、发热量低等特点。

与苹果笔记本电脑的60W充电器相比,差不多功率的氮化镓充电器体积只有它的一半,而30W功率的氮化镓充电器只有苹果“五福一安”充电器的大小。当然,因为氮化镓充电器的工艺难度大,相较于普通充电器,价格也更高。

同样是氮化镓充电器,华为和小米有什么区别?

两者的重量相差不大,均为105g左右,横截面大小也比较接近,小米充电器长度约72mm,华为充电器长度约62mm,华为充电器体积占优,不过小米充电器的插脚支持折叠,算是各各具优势。

华为充电器配有三个接口,两个USB-A接口和一个USB-C口,不过需要注意的是,其中一个USB-A接口和USB-C接口离得非常近,据华为官方介绍,这两个接口不能同时对外供电,否则可能会引起设备损坏,于是采用了这种设计以防止两条线同时插入。小米充电器配有两个接口,USB-A和USB-C各一个,虽然两款充电器都只能同时给两台设备充电,但华为充电器的兼容性更高。

充电功率方面,两款充电器仅相差1W,几乎可以忽略不计。其中华为充电器USB-A(橙色)接口支持5V3A(15W)、10V4A(40W)、11V6A(66W);USB-C(橙色)接口支持5V3A(15W)、9V3A(27W)、12V3A(36W)、15V3A(45W)、20V3.25A(65W);USB-A(紫色)接口支持5V4A(20W)、10V2.25A(22.5W)。值得注意的是,两个USB-A接口或USB-C和USB-A同时输出时,功率分别为40W和22.5W。

小米充电器在单口输出情况下,USB-A接口支持5V2.4A(12W)、9V2A(18W)、12V1.5A(18W);USB-C接口支持5V3A(15W)、9V3A(27W)、11V5A(55W)、12V3A(36W)、15V3A(45W)、20V3.25A(65W)。值得注意的是,小米充电器在双口输出的情况下,USB-A接口最大输出功率18W,USB-C接口最大输出功率65W。

两款充电器虽然在单接口最大输出功率上相差不大,但双接口同时输出的方案却有很大不同,华为相对保守(高情商),小米更加激进。快充协议方面,两款充电器除了支持自家协议之外,都支持PD、QC 2.0等快充协议,兼容性都比较高。

总结:华为这款充电器399元的价格并不便宜,小米的总输出功率只比华为低1W,双接口同时输出功率比华为高。不仅如此,小米充电器还标配一根双USB-C接口数据线,华为充电器仅有的优势就剩下多一个USB-C接口和更小的尺寸。

你觉得华为这款充电器值得购买吗?如果让你选,你选择华为还是小米?期待你的精彩评论!


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