浅看元器件布局，揭露高功率密度的秘密
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。
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小编。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%。
浅看元器件布局，揭露高功率密度的秘密
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490.62mm3，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。
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。
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。
深入电源内部，了解电源框架与用料
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。
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。
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小编给折服了，严重怀疑设计师在设计这款电源时没有考虑成本。
散热与效率
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。
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。
结语
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。
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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490.62mm3，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。
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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。
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