华为100kW UPS功率模块的三大优势

时间：2022-03-22 08:03:01 | 来源：行业动态

时间：2022-03-22 08:03:01 来源：行业动态

功率模块密度的提升就意味着整机密度的提升，100kW/3U带来了1柜1兆瓦的高功率密度。未来IT负载将超过80%为AI负载，单位体积的负载密度持续增加，供电的高密能够有效匹配负载密度的增加，为数据中心减少供电的占地，提升出柜率。

韩冬表示，要满足高密，必须满足三个要素，第一：体积小，第二，效率高，热耗小，第三，散热能力强。华为100kW UPS功率模块在体积、热耗、散热等方面进行了创新设计。在体积方面，华为创新专利助力更小体积，打造刀片级功率模块。比如拓扑池化专利，体积降低40%；磁集成专利，电感体积降低20%。

传统拓扑中AC/DC和充放电器DC/DC是分开回路，采用高频率开关器件控制（0切换），所以DC/DC要做得很大，而华为拓扑池化的设计思路是DC/DC充电和整流拓扑复用。

磁集成就是减少整流逆变中电感的体积，通过该技术，可以将整流逆变中的电感体检降低20%。传统的电感是分立式的，类似于吃火锅时，我要同时吃清汤和红油的，这个时候给你提供一个鸳鸯锅，减少了体积，也同时满足了要求。当然，我们的磁集成没鸳鸯锅这么简单。韩冬说。

在热耗方面，华为100kW UPS功率模块采用三电平于交错并联拓扑架构、先进器件优化及数字控制技术降损耗。具体来说，传统两电平或者工频机的6脉冲或12脉冲，已被证实器件损耗高，体积大，当前主流厂家的高频UPS都采用三电平拓扑，成熟应用，可靠性高。

三电平技术优势明显，三电平拓扑IGBT、二极管和电感两端电压只有两电平的一半；耐压低的IGBT和二极管具有更低的开关损耗和导通损耗；器件数量合适，综合损耗低。而采用拓扑的交错并联技术，可以进一步降低功率器件纹波和损耗，减少滤波电器件的体积和损耗。交错并联技术可以降低IGBT和二极管的纹波电流，从而降低器件损耗；减少滤波电感及电容的损耗、数量和体积，降低滤波器件损耗。

韩冬说，半导体部件（IGBT、二极管、晶闸管）和电感的损耗占比最高，优化部件损耗提高效率。华为采用第五代低损耗技术IGBT，导通/开关损耗降低20%；采用SIC（碳化硅）二极管实现0开关损耗；电感采用专利磁芯，铜损磁损降低10%。此外，华为风扇转速无级调速，与负载率完美匹配，实现最优化降损，而先进数字及通信技术保障模块均流，良好的一致性。

在散热方面，华为UPS通过优异的散热设计，保障了系统强大的散热能力，可在40℃长期不降额工作。华为UPS通过先进的计算流体动力学软件进行仿真，预测器件、单板和系统的风速及温度场，给出合理的布局、风道及风扇选型方案，指导PCB和结构设计，然后不断通过实验验证、优化，得到最优的散热方案。仿真平台避免了传统热设计中人工预估、验证、修改、再验证这样效率低下，只能得到一个可接受的结果而非最优效果的设计方式。

其中多物理场仿真平台，精度较业界水平高30%。通过整流温升仿真、逆变温升仿真，基于三大场（电磁场（电磁兼容，信号完整性）、温度场（风量，风速，温升）、应力场（电气应力，机械应力））仿真的高计算能力仿真技术，力求在各种约束条件下，辅助系统和模块的最优布局。而高精Mockup仿真，指导精准散热设计，借助部件（芯片，半导体）内部建模，实现IGBT内部晶元的精确热流密度设计。

为了增强散热效果，华为通过系统和部件极致设计及布局实现超强散热能力。在散热器上设置波纹，增强对流散热系数，散热能力可提升10%。而通过风扇与风道合理匹配，精细化风量控制等措施，风扇的散热能效比得到了大幅提升。华为通过海洋式温度采样与数据运算，多点无死角调控散热；器件全覆盖全工况测试，IGBT、电感、二极管和母线电容温度裕量大。