華為100kW UPS功率模塊的三大優(yōu)勢

時間：2022-03-22 08:03:01 | 來源：行業(yè)動態(tài)

時間：2022-03-22 08:03:01 來源：行業(yè)動態(tài)

功率模塊密度的提升就意味著整機密度的提升，100kW/3U帶來了1柜1兆瓦的高功率密度。未來IT負載將超過80%為AI負載，單位體積的負載密度持續(xù)增加，供電的高密能夠有效匹配負載密度的增加，為數(shù)據(jù)中心減少供電的占地，提升出柜率。

韓冬表示，要滿足高密，必須滿足三個要素，第一：體積小，第二，效率高，熱耗小，第三，散熱能力強。華為100kW UPS功率模塊在體積、熱耗、散熱等方面進行了創(chuàng)新設計。在體積方面，華為創(chuàng)新專利助力更小體積，打造刀片級功率模塊。比如拓撲池化專利，體積降低40%；磁集成專利，電感體積降低20%。

傳統(tǒng)拓撲中AC/DC和充放電器DC/DC是分開回路，采用高頻率開關器件控制（0切換），所以DC/DC要做得很大，而華為拓撲池化的設計思路是DC/DC充電和整流拓撲復用。

磁集成就是減少整流逆變中電感的體積，通過該技術，可以將整流逆變中的電感體檢降低20%。傳統(tǒng)的電感是分立式的，類似于吃火鍋時，我要同時吃清湯和紅油的，這個時候給你提供一個鴛鴦鍋，減少了體積，也同時滿足了要求。當然，我們的磁集成沒鴛鴦鍋這么簡單。韓冬說。

在熱耗方面，華為100kW UPS功率模塊采用三電平于交錯并聯(lián)拓撲架構、先進器件優(yōu)化及數(shù)字控制技術降損耗。具體來說，傳統(tǒng)兩電平或者工頻機的6脈沖或12脈沖，已被證實器件損耗高，體積大，當前主流廠家的高頻UPS都采用三電平拓撲，成熟應用，可靠性高。

三電平技術優(yōu)勢明顯，三電平拓撲IGBT、二極管和電感兩端電壓只有兩電平的一半；耐壓低的IGBT和二極管具有更低的開關損耗和導通損耗；器件數(shù)量合適，綜合損耗低。而采用拓撲的交錯并聯(lián)技術，可以進一步降低功率器件紋波和損耗，減少濾波電器件的體積和損耗。交錯并聯(lián)技術可以降低IGBT和二極管的紋波電流，從而降低器件損耗；減少濾波電感及電容的損耗、數(shù)量和體積，降低濾波器件損耗。

韓冬說，半導體部件（IGBT、二極管、晶閘管）和電感的損耗占比最高，優(yōu)化部件損耗提高效率。華為采用第五代低損耗技術IGBT，導通/開關損耗降低20%；采用SIC（碳化硅）二極管實現(xiàn)0開關損耗；電感采用專利磁芯，銅損磁損降低10%。此外，華為風扇轉速無級調速，與負載率完美匹配，實現(xiàn)最優(yōu)化降損，而先進數(shù)字及通信技術保障模塊均流，良好的一致性。

在散熱方面，華為UPS通過優(yōu)異的散熱設計，保障了系統(tǒng)強大的散熱能力，可在40℃長期不降額工作。華為UPS通過先進的計算流體動力學軟件進行仿真，預測器件、單板和系統(tǒng)的風速及溫度場，給出合理的布局、風道及風扇選型方案，指導PCB和結構設計，然后不斷通過實驗驗證、優(yōu)化，得到最優(yōu)的散熱方案。仿真平臺避免了傳統(tǒng)熱設計中人工預估、驗證、修改、再驗證這樣效率低下，只能得到一個可接受的結果而非最優(yōu)效果的設計方式。

其中多物理場仿真平臺，精度較業(yè)界水平高30%。通過整流溫升仿真、逆變溫升仿真，基于三大場（電磁場（電磁兼容，信號完整性）、溫度場（風量，風速，溫升）、應力場（電氣應力，機械應力））仿真的高計算能力仿真技術，力求在各種約束條件下，輔助系統(tǒng)和模塊的最優(yōu)布局。而高精Mockup仿真，指導精準散熱設計，借助部件（芯片，半導體）內部建模，實現(xiàn)IGBT內部晶元的精確熱流密度設計。

為了增強散熱效果，華為通過系統(tǒng)和部件極致設計及布局實現(xiàn)超強散熱能力。在散熱器上設置波紋，增強對流散熱系數(shù)，散熱能力可提升10%。而通過風扇與風道合理匹配，精細化風量控制等措施，風扇的散熱能效比得到了大幅提升。華為通過海洋式溫度采樣與數(shù)據(jù)運算，多點無死角調控散熱；器件全覆蓋全工況測試，IGBT、電感、二極管和母線電容溫度裕量大。