向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了
广告

为何如今的服务器应用都在使用54V BLDC电机?

时间:2019-11-22 作者:Miguel Mendoza 阅读:
大家可能都听说过“云计算”,但是大多数人对于“云计算”的认识仅限于我们可以通过计算机和智能手机访问重要数据,至于这些数据实际存储在什么地方则不必考虑。那么究竟什么是云计算呢?

大家可能都听说过“云计算”,但是大多数人对于“云计算”的认识仅限于我们可以通过计算机和智能手机访问重要数据,至于这些数据实际存储在什么地方则不必考虑。那么究竟什么是云计算呢?云计算是指负责在全球范围内存储和移动数据的许多远程服务器所构成的网络,我们可以通过Wi-Fi®、LAN或蜂窝网络来进行访问。这些远程服务器的作用类似于大型存储设备,包含多个服务器集群并安装在通常称作服务器农场的仓库中。这些服务器农场需要处于恒定的环境温度(最理想的温度范围是68至71华氏度),才能发挥最佳性能并最大程度地减少故障。这些服务器农场通常通过中央空调系统降温,或者通过中央暖气系统升温,具体取决于它们所在的位置(例如,常见的办公区域)。

服务器机架实际上会通过一系列风扇来冷却内部的电子元件。我们大多数人应该都有过这种体验,电子设备在使用过程中会变得越来越热,最终导致设备无法发挥最佳性能。为了最大程度地削减散热器的成本与尺寸,我们可以改用无刷直流(BLDC)风扇,借助环境中的气流来冷却电子设备,也就是说利用供暖、通风和空调(HVAC)系统保持恒定的环境温度,然后通过BLDC风扇吹动气流来冷却服务器机架中的电子元件。

在传统的服务器应用中,通常使用12V BLDC风扇来冷却机柜中的电子设备。但就像汽车应用一样,服务器应用往往也会出于某些原因而改用54V BLDC电机。本文将探讨服务器制造商采用54V BLDC电机代替传统12V BLDC电机的两大主要原因,并论述54V电机驱动应用所需的典型元件以及一些常见的电机控制算法。

服务器制造商之所以采用54V BLDC电机代替传统12V BLDC电机,第一点是因为可以使用四分之一的电流,进而可以使用较细的铜线。此外,由于使用较少的原材料便可完成相同的工作量,电机制造商还可以减小电机的尺寸,并因此降低电机的总成本。第二点是因为服务器制造商可以节省昂贵的电缆成本,与使用12V BLDC电机相比,使用54V BLDC电机时相同电源总线规格的电缆可以为四倍数量的电机供电。高压电机使用较细的电缆或较窄的PCB走线即可获得相同的功率。

例如,在450W服务器中,12V BLDC风扇消耗32W。通过功率公式(P= V x I,I = P/V,32W/12V=2.67A)可轻松计算为其供电所需的电流。在功率要求相同的前提下,采用54V BLDC风扇时所需的电流将降至约0.67A,这样一来,服务器工程师便可以使用26号美国线规(AWG)电线,相比之下,为12V BLDC风扇供电却需要使用20号AWG电线。在PCB走线宽度方面,12V BLDC风扇需要0.1英寸,而54V BLDC风扇只需要0.012英寸,这样一来,当服务器工程师将所有电源走线敷设到服务器系统时便可节省大量的电路板面积。

服务器制造商采用54V BLDC电机还有一个额外的优势,那就是能够保证在外形尺寸与传统12V BLDC电机相同的情况下以更高的转速运行电机,从而增大空气密度。不过,增加电机的扭矩功率需要更高的功率,这将需要额外的电流来提供支持。例如,服务器制造商可以使用50W BLDC电机代替传统的32W电机来实现更大的气流。采用54V BLDC电机时仅需要0.93A电流,这比12V BLDC电机驱动50W电机所需的电流小得多。如果使用12V BLDC电机来完成相同的工作量,至少需要4.17A电流。这意味着需要使用较宽的PCB走线和较粗的电缆,成本高昂。使用54V总线电压时,服务器制造商能够以更高的转速运行风扇,从而增大气流密度,同时还能够降低布线成本。

使用54V电源总线面临的挑战

对于驱动54V BLDC风扇电机的电子设备而言,存在一项挑战。那就是服务器工程师不能使用旧的12V硬件来驱动54V电机。他们需要使用工作电压更高的电子元件,以便有足够的余量适用54V电源。图1给出了54V BLDC控制电路的简化框图,其中标识了在不影响成熟电机控制算法的前提下驱动54V BLDC电机所用的典型元件。

013ednc20191122.jpg

014ednc20191122.jpg

图1:54V BLDC控制电路的简化框图(其中标识了在不影响成熟电机控制算法的前提下驱动54V BLDC电机所用的典型元件)

不过,市场上有几种硬件解决方案可以帮助简化这种方案的转变。例如,Microchip的MIC28514 75V同步降压稳压器是一款针对第一阶段功率转换的出色解决方案(图2)。该器件具有5A输出电流能力,能够通过一个54V电源轨为多个BLDC系统供电。MIC28514可将54V电源总线轨转换为电源效率超过90%的传统12V电源轨,这样一来,服务器工程师便可以继续使用原先的电机控制算法和久经考验的有源元件。

015ednc20191122.jpg

016ednc20191122.jpg

图2:使用Microchip的MIC28514 75V 5A同步降压稳压器时的典型电源效率—输出电流曲线

MOSFET驱动器和MOSFET逆变器电路也必须满足高压MOSFET的要求,54V BLDC应用通常需要80V功率MOSFET。不过,与12V系统相比,电流要求已降至原先的四分之一,而且MOSFET导通电阻也变得没那么重要。

017ednc20191122.jpg

图3:Microchip的MIC4607是一款85V三相MOSFET驱动器,具有自适应死区以及防直通和过流保护

高压电子元件使得在服务器应用中选用54V BLDC电机成为可能

Microchip Technology等芯片制造商现已开发出诸如MIC28514 75V同步降压稳压器之类的高压集成电路,助力客户利用54V BLDC电机技术,同时依然能够使用成熟的电机控制算法和其他有源元件。凭借这些高压器件,服务器制造商可以采用54V电源总线技术,并因此能够在PCB板上使用更小的电机、更细的铜线和更窄的布线,从而降低系统总成本。此外,由于电压增加,这些器件还能以相同的外形尺寸增大空气密度。随着云计算的逐渐普及以及云计算功能的不断完善,服务器制造商必须采用价格最为合理、性能最为优异的解决方案,才能在价格战与性能战中保持竞争力。

(作者:Microchip Technology 模拟电源和接口部资深产品营销经理Miguel Mendoza )

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
您可能感兴趣的文章
  • 实验:PN结电容与电压的关系 本实验活动的目的是测量反向偏置PN结的容值与电压的关系。
  • 【360度看新一代示波器】:12位示波器“芯“趋势 你说,我要“信号小,精度高”。
  • 这些技术为何没能更早“出世”? 你是否想到目前我们有什么几乎已经准备好、却还没实现的技术或装置?
  • 双端口双极性电源 双象限电源可以为相同的输出端口提供正电压或负电压,而采用LT8714 4象限控制器可以轻松制造出这种电源。此处所示的双象限电源可用于多种应用,从玻璃贴膜(更改极性会改变晶体分子的排列)到测试测量设备,应用广泛。
  • 带故障注入功能的高精度旋转变压器仿真系统 旋转变压器在EV、HEV、EPS、变频器、伺服、铁路、高铁、航空航天等需要获取位置和速度信息的应用中获得广泛使用。这些系统采用旋转变压器数字转换器(RDC)来获取数字位置和速度数据。用户的系统会出现干扰和故障问题,很多时候他们都想评估角度和速度在受干扰条件下的精度性能,找出和验证引发问题的根本原因,然后修复和优化系统。
  • 对敏感型电子信号输入实施过压保护的可靠新方法 对电子系统可靠性的高要求,特别是在工业环境中,不断给开发人员带来巨大的挑战。过压保护是一个关键的设计考量因素和挑战,因为要保护系统不受过压影响通常需要用到更多部件,但是这些附加部件经常会对系统产生影响,在最坏的情况下,甚至会产生错误信号。除此之外,这些部件会额外增加成本,还会进一步加重空间限制问题。因此,在设计保护电路时,传统的解决方案往往需要在系统精度和保护等级之间做出妥协。
相关推荐
    广告
    近期热点
    广告
    广告
    广告
    可能感兴趣的话题
    广告