數據中心IT負載的供電特性

發表時間:2022-03-18 17:57

數據中心IT負載的供電特性

(1) IT負載的相關供電指標

數據中心IT負載具有什么樣的供電特性,這是我們在數據中心UPS備用電源配置時,需要首先考慮的問題。而服務器是數據中心IT負載中占比最大的設備,所以服務器電源的供電特性是整個數據中心供配電系統建設的出發點和歸宿點。


與UPS供電系統相關的服務器電源指標主要包括輸入電壓、輸入頻率、輸入電流、輸入功率、輸入功率因數等輸入數據以及輸出功率等。典型的輸入電壓范圍為AC100~240V,輸入頻率范圍為45~65Hz;隨著服務器電源技術的發展以及節能要求的提高,PFC技術(PowerFactorCorrected)越來越廣地被采用,輸入功率因數約為0.9;輸入電流、功率及發熱量視具體服務器而定。


在實際計算服務器功率時需要注意的是,服務器電源上標注的,例如INPUT(輸入):220VAC /4A50Hz,容易讓人誤解為服務器的輸入功率就是220V×4A=880VA,就是該服務器的額定視在功率。需要特別強調的是,INPUT(輸入)中,220V是服務器電源額定輸入電壓,而4A指的是最大額定輸入電流能力,表征服務器電源在最低輸入工作電壓時的最大輸入電流能力。因此,直接用輸入額定電壓×輸入額定最大電流來表征額定輸入功率是不合適的,也是不正確的。

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正確計算服務器功率的方法應該用INPUT(輸入)功率,例如600W(MAX),這個參數才是該服務器電源的最大輸入功率,但很遺憾的是,通常服務器廠家不一定將這個參數標識在服務器外殼上,這個參數通常只有在服務器電源銘牌上才能看到。


那么,接下來的問題是負載的容量是否直接等同于服務器電源的最大功率?答案依然是否定的。


對應服務器有三種工況:


①銘牌功率:指的是服務器電源銘牌功率;


②最大工況設置:指的是服務器系統工作在最大用電負荷時的耗電功率;


③CPU100%利用率典型工況:CPU工作在100%利用率時的耗電功率。


通常服務器最大的功率消耗是銘牌額定值的80%,這是因為服務器廠家在選擇電源時,放寬了大約20%的裕量。而CPU的100%利用率典型工況是銘牌額定值的67%.事實上服務器正常工作時的能耗還要小于這個值。因此,在具體的設計工作中,這種裕量和工況差異也建議設計者納入考慮之中。


對于不同負載持續率下的額定功率或額定容量,應換算為統一負載持續率下的有功功率,即設備功率Pe.IT設備功率Pe的確定,可詳參ChinaDCC發行的《數據中心供配電系統技術白皮書》第3章“數據中心IT設備電源用電特性”。


(2) IT負載電源的工作原理介紹


當前IT負載內部的輸入電源模塊基本采用兩種制式,即ATX標準和SSI標準。


無論是ATX電源還是SSI電源,UPS輸出的220V交流電進入IT負載內部后,都必須經四級變換,最后轉換成穩定的12V、5V、3.3V的直流電壓,提供給IT負載內部的CPU、內存、存儲設備、網絡通信芯片等“真正的負載”使用。這四級變換分別為(見圖1):


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第一級:橋式整流器,將220V交流電變為約200~300V的直流電;


第二級:高頻逆變器,將直流電再轉換成幾十到幾百kHz穩壓的高頻交流電;


第三級:高頻隔離變壓器,將高頻交流電降壓并隔離;


第四級:高頻整流器,將穩定的高頻交流電轉換成穩定的直流12V(或5V、3.3V)輸出。


了解服務器電源的具體工作原理,對于我們后續進行正確的供電系統設計是非常必要的。


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