Стремительный рост энергопотребления вычислительных кластеров искусственного интеллекта (где мощность одной серверной стойки выросла с 15–30 кВт до 100–250 кВт и выше) привёл к фундаментальной трансформации систем электропитания дата-центров. На смену классической архитектуре с шиной 12 В пришли 48-вольтовые стойки Open Rack V3 (ORV3) с блоками питания (PSU) единичной мощностью 3,2–8 кВт (КПД >97,5 %, стандарт 80 PLUS Titanium / Ruby) и высоковольтные системы распределения постоянного тока ±400 В / 800 В HVDC. В настоящей статье рассмотрена полная элементная база Novosense для всех каскадов ИИ-питания.
1. Силовой тракт PFC и LLC: переход на SiC и GaN
Для достижения удельной мощности свыше 100 Вт/дюйм³ в габаритах 1U серверный блок питания строится по двухкаскадной схеме: безмостовой корректор коэффициента мощности Totem-Pole PFC на входе и резонансный преобразователь LLC / CLLC с синхронным выпрямлением на выходе:
- Управление ключами GaN в быстром плече Totem-Pole PFC и первичном полумосте LLC: высоковольтные полумостовые драйверы NSD2621 / NSD2622N (±700 В синфазного напряжения, CMTI 200 В/нс, встроенный стабилизатор затвора 5 В) обеспечивают переключение на частотах 150–500 кГц с минимальными динамическими потерями.
- Управление ключами SiC MOSFET в мощных модулях 5,5–12 кВт и шинах 800 В HVDC: изолированные драйверы NSI6602V / NSI6611 в паре с ультратонким (1,85 мм) интегральным модулем двуполярного питания затворов NSIP505S15 (+15 В / −3,5 В, пиковый ток 5 А) формируют надёжное запирание SiC-ключей без громоздких дискретных трансформаторов.
- Синхронное выпрямление 48 В и локальные каскады IBC: 110-вольтовый полумостовой драйвер NSD2123 (2×2 мм) и низкосторонние драйверы NSD2017 / NSD2012N.
2. Цифровое управление реального времени на базе MCU NSSine™ NS800RT
В современных серверных PSU контуры управления PFC (на первичной стороне) и LLC + обмен данными по шине PMBus/CAN (на вторичной стороне) реализуются на высокопроизводительных микроконтроллерах реального времени серии NS800RT3xxx / NS800RT5xxx (например, NS800RT5039 и NS800RT3025):
- Высокоскоростное ядро Cortex-M7 (до 260–400 МГц) + ускоритель eMath: время выполнения полного цикла расчёта регулятора тока/напряжения (3P3Z / ПИД + тригонометрическое ФАПЧ сети) сокращается до сотен наносекунд, что позволяет выполнять поцикловое управление на частотах ШИМ до 500 кГц.
- ШИМ сверхвысокого разрешения (HRPWM 100 пс): критически важен для частотно-импульсной модуляции (ЧМ/ШИМ) резонансного контура LLC с высокой добротностью, где смещение частоты всего на 0,1 % вблизи резонанса вызывает заметный скачок выходного напряжения.
- Быстродействующие 12-битные АЦП (до 4–5 Мвыб/с) с аппаратными блоками постобработки (PPB) и оконными компараторами (CMPSS) со временем реакции <30 нс обеспечивают мгновенную защиту от перегрузки по току (OCP) и пропадания полуволны сети (AC Drop Detection).
3. Гальваническая развязка 800 В HVDC и широкополосное измерение тока
Между первичным и вторичным контроллерами, а также в модулях батарейного резервирования (BBU) и высоковольтных стойках 800 В HVDC применяются компоненты усиленной изоляции:
- Передача сигналов управления и межпроцессорный обмен: цифровые изоляторы NSI824x (до 5000 Вrms, CMTI 250 кВ/мкс) и компактные изоляторы со встроенным DC-DC питанием NSIP984x-DSWWR (до 650 мВт) и NSI834xWx-DSSWR (SSOP16).
- Широкополосное измерение тока PFC и фаз: бессердечниковые датчики тока на эффекте Холла NSM2025 (сопротивление проводника 0,1 мОм, непрерывный ток до 130 Аэфф, полоса 500 кГц, корпус SOIC8) и прецизионные NSM2019 (<±1 % погрешности) снижают тепловыделение на шунтах в 5–10 раз. Для особо точного измерения применяются изолированные ΣΔ-модуляторы NSI1311 и усилители NSI1300 / NSI36Cxx.
- Контроль изоляции и коммутация в BBU/HVDC: высоковольтные твердотельные реле NSI7117 (до 1700 В) и компактные изолированные трансиверы CAN FD NSI1150-DSPR (SOP8) и RS-485 NSI84085-DSSR (QSOP16).
Источник: Техническая статья Novosense (2026-08-13) · открыть материал на novosns.com
