當前，AI應用的加速落地帶來了功耗的大幅提升，直接推動了數(shù)據(jù)中心電源需求的增長。根據(jù)國際能源署2023年的數(shù)據(jù)，全球數(shù)據(jù)中心能耗占比已超全球電力消耗的3%，單臺A100 GPU服務器峰值功耗已經(jīng)突破10kW。數(shù)據(jù)中心功耗的大幅提升，對電源供應的質(zhì)量與數(shù)量都提出了全新挑戰(zhàn)。作為數(shù)據(jù)中心電源電路中的重要元件之一，電感器選型關系著數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和運行的穩(wěn)定可靠性。

一、數(shù)據(jù)中心電源類別及發(fā)展趨勢

數(shù)據(jù)中心電源主要包括服務器電源、UPS不間斷電源、高壓直流電源、分布式電源/模塊化電源等。

1、服務器電源

在AI服務器中，GPU、CPU和AI加速芯片對供電的穩(wěn)定性和效率要求極高。服務器通常采用高效的DC-DC轉(zhuǎn)換器來提供穩(wěn)定的電壓輸出，而電感器是DC-DC轉(zhuǎn)換器中不可或缺的關鍵元件。

隨著服務器功率預算增加而體積保持不變，功率密度要求將變得更加嚴格。新開發(fā)的服務器電源單元（PSU ）增加到近 100W/in3。未來，服務器電源將朝著更高功率密度、更高轉(zhuǎn)換效率、更智能化管理的方向發(fā)展，以滿足不斷增長的算力需求。通過拓撲和元件技術演進來提高轉(zhuǎn)換器效率，是實現(xiàn)高功率密度的解決方案。

2、UPS電源

UPS不間斷電源在保障數(shù)據(jù)中心持續(xù)供電方面發(fā)揮著關鍵作用。當市電出現(xiàn)故障或電壓異常波動時，UPS 能夠在瞬間切換至電池供電模式（無縫供電），確保數(shù)據(jù)中心的關鍵設備（如服務器、存儲設備、網(wǎng)絡設備等）不受影響。

3、高壓直流電源HVDC

HVDC（高壓直流）供電系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心等應用中具有顯著的節(jié)能效果。由于HVDC省去了傳統(tǒng)UPS的逆變環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換效率可達95%以上，能有效降低數(shù)據(jù)中心的能耗。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，高壓直流電源的轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng) UPS 方案提升5%以上。另外，HVDC因無逆變器，MTBF（平均無故障時間）也比UPS高30%以上。隨著數(shù)據(jù)中心對節(jié)能減排和可靠性要求的不斷提升，高壓直流電源的市場需求將持續(xù)增長。

4、模塊化/分布式DC電源

為了應對數(shù)據(jù)中心對電源系統(tǒng)高可靠性、靈活擴展、能效優(yōu)化和運維效率等核心挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心服務器還會采用模塊化設計的分布式電源系統(tǒng)。模塊化電源不僅能動態(tài)適配算力需求，通過冗余架構實現(xiàn)故障隔離，提升系統(tǒng)可靠性，還可根據(jù)實際負載動態(tài)調(diào)整在線模塊數(shù)量，提升運行效率。

數(shù)據(jù)中心應用原理圖

二、數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)電感需求

在數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)中，電感器作為基礎元件作用重大，其利用電磁感應原理，阻止電流突變，穩(wěn)定電流輸出，在電源轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著關鍵作用，影響著電源系統(tǒng)的能效和穩(wěn)定性。不同的電源電路對電感器的需求有所不同。

在交流電源（AC）系統(tǒng)中，電感器主要用于功率因數(shù)校正（PFC）電路和EMI濾波，PFC電感需承受高頻（幾十kHz至MHz）下的瞬態(tài)電流，避免磁芯飽和，電感采用金屬復合磁芯材料，具有高飽和電流、低磁芯損耗、高溫度穩(wěn)定性等電氣特性。應用于EMI濾波的電感器需要具備高頻噪聲抑制功能，共模電感需抑制MHz級噪聲，同時采用低漏磁設計，減少對敏感電路的干擾。

直流電源（DC）系統(tǒng)包括兩種情況：一是HVDC（高壓直流）系統(tǒng)，當前國內(nèi)典型電壓為240V。二是分布式DC電源（如48V直供）。高壓直流電源要求電感器具備高頻特性，開關頻率達MHz級別，采用低損耗磁芯，以支持高效DC-DC轉(zhuǎn)換。電感器需進行耐高壓隔離設計，避免高壓擊穿風險。電感器具備大電流承載能力，持續(xù)大電流工作環(huán)境下保持低溫升。同時，電感器需滿足低寄生電容需求，減少高頻諧振問題。分布式DC電源則要求電感器具有小體積、高功率密度和低DCR，以減少整體損耗。

電感器在UPS系統(tǒng)中主要用于逆變器輸出濾波、電池充放電管理電路。逆變器輸出濾波要求電感器采用緊湊型設計，具有高功率密度，在有限空間內(nèi)能處理100A以上電流，同時滿足低諧波失真需求，通過鐵氧體磁芯結合多繞組設計可優(yōu)化濾波效果。應用于UPS電源的電感還需要耐脈沖電流，在電池瞬態(tài)充放電時需具備抗飽和特性，因此，UPS系統(tǒng)需選擇緊湊型、高飽和電流的電感器。

模塊化與分布式電源系統(tǒng)要求電感器滿足標準化與熱插拔設計需求，電感參數(shù)嚴格一致，能適應密閉空間散熱，工作溫度范圍擴展至-40°C~+125°C，除了傳統(tǒng)的大電流電感、一體成型電感，采用TLVR（跨電感穩(wěn)壓）技術可提升電感器瞬態(tài)響應能力。

數(shù)據(jù)中心電源架構及技術特點（根據(jù)網(wǎng)絡資料整理）

三、數(shù)據(jù)中心電源電感需求趨勢

隨著數(shù)據(jù)中心設備高算力、高功率密度、高頻化、集成化趨勢，電感器呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

1、是高功率密度。AI數(shù)據(jù)中心算力硬件的功率不斷提高對電感器提出高功率密度需求。電感在服務器電源設備有限空間中要能承載更大功率，并且要提升耐高溫能力。

2、是高頻低損耗。數(shù)據(jù)中心PSU越來越多地使用GaN、SiC等寬禁帶半導體器件，需要電感能支持這些高頻器件，同時降低磁芯損耗，提高系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。

3、是小型化和集成化。AI數(shù)據(jù)中心中，服務器、AI加速卡都趨向于在有限空間內(nèi)集成更多計算單元，對于包括電感在內(nèi)的元器件都有小型化需求，而在體積縮小的同時還要提高功率密度。

4、是高可靠性。數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)長期處于運行狀態(tài)，不允許斷電或宕機。除了采用冗余設計、備用電源等方式，對元器件的可靠性和溫度穩(wěn)定性要求極高，選用的電感器也必須具備高可靠性。

四、科達嘉電感助力數(shù)據(jù)中心電源效率提升

作為行業(yè)領先的磁性元件技術供應商，科達嘉專業(yè)為客戶定制電感產(chǎn)品解決方案。科達嘉自主研發(fā)的電感產(chǎn)品廣泛應用于AI服務器、數(shù)據(jù)中心電源、通訊設備中。

針對數(shù)據(jù)中心電源對電子元器件的高性能需求，科達嘉自主研發(fā)了高飽和大電流電感、低損耗輕薄型一體成型電感、適合高密度貼裝的貼片功率電感、低感量功率電感、高頻大電流電感等多個產(chǎn)品系列?？七_嘉電感器飽和電流最高可達350A，電源轉(zhuǎn)換效率高達98%，工作溫度最高可達165℃，產(chǎn)品通過AEC-Q200可靠性測試認證，可應用于嚴苛復雜的工作環(huán)境。

依賴專業(yè)的電感設計能力及強大的生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢測能力，科達嘉為服務器電源、UPS電源等提供多品類、低損耗、高效率、高可靠性電感器，助力數(shù)據(jù)中心電源整體效率提升。

針對數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)使用的電感推薦型號如下：

科達嘉大電流電感CPEX/CPEA/CSBA/CSBX/CSCF/CSCM/CSCE等，具有高飽和電流、低直流電阻、應用頻率寬、寬工作溫度范圍等特點，滿足數(shù)據(jù)中心電源高工作電流、高頻低損耗、高功率密度等需求。

一體成型電感CSAB/CSAG/CSHB/CSEB等，具有一體成型全屏蔽結構、抗電磁干擾性能強、低直流電阻、大電流、低磁芯損耗等特點，滿足數(shù)據(jù)中心電源對電感小體積、大電流、抗電磁干擾性能等需求。

貼片功率電感SPRH/CSUS/CRHSM/SPQ/SPD/SPBL等，采用磁屏蔽結構，抗電磁干擾性能強，小體積，適合高密度貼裝。

低感量功率電感CSHN及高頻大電流電感CSFU、CSFE、CSFED等系列。CSHN是科達嘉專為服務器電源而自主研發(fā)設計，具有全屏蔽結構，抗電磁干擾性能強，優(yōu)良的直流偏置能力等特點；高頻大電流電感系列專為大電流電源應用而設計，高能量存儲和超低直流電阻，小體積，適用于VRM、多相降壓調(diào)節(jié)器。

除此之外，科達嘉電感在數(shù)據(jù)中心交換機、路由器、存儲系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)中也有廣泛應用,包括大電流電感、一體成型電感、共模/貼片電感等多個類別，可根據(jù)客戶實際需求靈活定制產(chǎn)品。詳情請咨詢科達嘉銷售人員或前往科達嘉官網(wǎng)查詢。

審核編輯 黃宇