Переделка энергосберегающей лампы в блок питания: схема своими руками, ИБП для шуруповерта, самодельная светодиодная и люминесцентная

Содержание

Светодиодная лампа из энергосберегающей своими руками

С развитием новейших технологий на полках специальных магазинов появилось множество осветительных приборов, каждый из которых отличается индивидуальными характеристиками яркости, экономичности и комфорта для глаз.

Изготовление светодиодной лампы из энергосберегающей без пайки

Много лет изготовители светодиодных ламп старались сконструировать приспособление, схожее по своим свойствам с обычной лампой накаливания, плюс ко всему малое потребление электроэнергии, низкий уровень тепловыделения и влияния на окружающих. В результате потребителям были представлены энергосберегающие и светодиодные лампочки.

Специалисты советуют отдавать предпочтение последним моделям, поясняя выбор рядом очевидных преимуществ. Задача усложняется для тех, кто хочет узнать, как переделать энергосберегающее устройство в светодиодное своими руками.

Основные отличия

Светодиодная лампа, так или иначе, обеспечивает помещению более яркое освещение. При напряжении 13 Вт она выдаёт 1000 лм, энергосберегающая — всего 800 лм.

Что касается теплоотдачи, она определяется по показателям поддержания оптимальной температуры в здании, сохранении в подходящем состоянии бытовой техники и мебели. И здесь тоже лидирует светодиодное изделие, обладая теплоотдачей 30,5 градусов при теплоотдаче энергосберегающего устройства 81,7 градусов.

Светодиодная лампа

Последнее изделие рассчитано на 8000 часов активной работы, тогда как для первого установлен рекордный срок эксплуатации — до 50000 часов. Причём светодиодная лампа с течением времени не теряет первоначального оттенка освещения и яркости, чего нельзя сказать об энергосберегающей.

Лавры первенства достаются светодиодным источникам и в процессе утилизации, их можно выбросить в мусорный контейнер. Энергосберегающий светильник, выброшенный на свалку, загрязняет окружающую среду (воздух и грунтовые воды) ядовитыми ртутными парами, в результате чего происходит сильнейшее отравление людей, животных и рыбы. Именно поэтому утилизация таких ламп должна проходить в соответствии с определёнными правилами.

Энергосберегающая лампа

Несмотря на плюсы и минусы, светодиодные и энергосберегающие устройства являются взаимозаменяемыми — изготовители побеспокоились о соответствующем размере любой из ламп, и патронов для них.

Общим для двух конкурирующих аналогов является довольно качественный цветовой поток, обеспечивающий высокий уровень комфорта для сетчатки человеческого глаза.

Как сделать светодиодную лампу

Необходимые материалы

Для того чтобы переделать энергосберегающую лампочку в светодиодную своими руками, необходимо иметь при себе следующий список материалов:

  1. Сгоревшую, вышедшую из строя лампу.
  2. Небольшой кусок стеклотекстолита для соединения деталей между собой. Если есть другие идеи (кроме пайки), можете воспользоваться своей для решения вопроса, как крепить светодиоды.
  3. Комплект радиоэлементов, соответствующих определённой схеме, в том числе светодиоды. Специалисты советуют выбирать для сборки светодиодной лампочки своими руками обычные детали, которые в большом ассортименте представлены на каждом радиорынке, где их стоимость существенно ниже.
  4. Конденсатор объёмом 0,022 Mf, напряжение в котором составляет 400 V, одно сопротивление рассчитано на 1 мОм и пара сопротивлений на 200 Ом.
  5. Светодиоды — дешевле выпаять в нужной численности посредством ленты.

Изготовление схемы

Процесс создания схемы своими руками начинается с вырезания из текстолита окружности, диаметр которой равен 30 мм. Далее нанесите на круге дорожки, хорошо справляется с этой задачей лак для покраски ногтей. После покрытия одного слоя, отставьте деталь в сторону до тех пор, пока она полностью не высохнет.

Схема соединения элементов

В это время можно заняться химией, а именно своими руками изготовить массу, растворяющую медь. Для этого следует смешать медный купорос и обычную кухонную соль в соотношении 1:2. Обязательно добавьте небольшой объём тёплой воды (но не горячей!) и в полученную смесь окуните будущую плату. Уже через сутки вы заметите, как медь исчезла с текстолитового круга, осталась только та часть, которая была обработана лаком.

На завершающем этапе производится пайка. Однако прежде чем переходить к этой фазе, воспользуйтесь специальным растворителем и избавьтесь от слоя лака. Затем пролужите имеющиеся дорожки.

Схема светодиодной лампы

Возьмите миллиметровое сверло и на участках фиксации элементов сделайте отверстия. Наконец переходите к полноценной пайке схемы. Если вы не новичок в работе с паяльником и имеете определённые навыки, для создания светодиодной лампочки с напряжением 220 V своими руками, точнее, платы её драйвера, достаточно выделить 30 свободных минут.

Процесс сборки не обходится без разбора старой энергосберегающей лампы. Пропилите полотнищем по металлу периметр на самом конце пластика. Вытащите все внутренние детали, оставьте только провода, исходящие от цокольной части старого светильника. Снова вооружитесь паяльником и зафиксируйте плату к этим проводам.

Закрепите схему, оснащённую светодиодами, на внутренней поверхности пластика. Перед окончательной поклейкой включите лампу, если она работает — воспользуйтесь термоклеем.

Как обойтись без пайки

Некоторых может не устраивать пайка, в этом случае в качестве альтернативы драйвер для изделия заменяется полноценным блоком питания, предназначенным для фиксации и работы светодиодной ленты. Именно за счёт применения целого куска ленты, а не её отдельных отрезков, пайка и глобальная переделка не требуются.

С чем могут возникнуть проблемы? С размерами блока питания. Здесь понадобится либо переделать электропроводку от А до Я (освещение здания сводится к одной ветке), либо каждый светильник или ряд изделий запитать другим трансформатором. Если дом оснащён точечными осветительными приборами, можно выделить из цепи самый первый и поместить перед ним блок питания, после чего вместо ламп на 220 V установить самодельные светодиодные модели 12 V.

Как собрать лампочки

Сборка освещающих изделий своими руками осуществляется из пластиковых труб, порезанных на отдельные отрезки. По сторонам труб с помощью паяльника закрепляется светодиодная лента, обязательно сверьтесь с параллельной схемой. На конце пучка проводов разместите два штырька, выступающих в качестве цоколя.

Если светильники оснащены традиционным патроном для фиксации лампы, процесс упрощается в разы — достаточно модернизировать старые энергосберегающие приборы, причём применять внутренние платы уже нет необходимости. Как и в предыдущий раз, образец разбирается, а все «внутренности», кроме проводов цоколя, изымаются. Колпачок, из которого выходили люминесцентные трубки, закрывается цилиндром, выполненным из пластика, на котором фиксируются участки светодиодной ленты. Эти ленты подключаются к проводам из цоколя.

При подключении учитывайте «+» и «-». Плюс желательно припаять к нижней составляющей цоколя. Если подключение не дало результатов, разрешить проблему можно, переподключив выход блока питания к проводам.

Заключение

В любом случае способов перехода на более экономичное освещение предостаточно. Светодиодная лампа, изготовленная на основе энергосберегающей, поможет сэкономить ваши деньги, а сам процесс особенно понравится тем, кто обладает развитым техническим мышлением.

Оцените статью:

(2 голоса, среднее: 3 из 5)

Поделитесь с друзьями!

Easy to make a power supply from energy-saving light bulbs. Power: 10-150W. Brief tutorial.

  Еще одним источником комплектующий, для простых блоков питания, являются современные энергосберегающие лампочки. В их цоколе собран преобразователь, и как правило, на транзисторах. Для экспериментов были выбраны такие лампы.

  Вскрытие показало, что в середине находится простой преобразователь напряжения. При чем, чем дешевле лампа, тем проще преобразователь. В данном случае удалось извлечь вот это.

  Первое обследование показало наличие биполярных транзисторов D4126L (700V, 4A) и импульсного трансформатора, который хорошо изготовлен.

  Дроссель (черный с желтым), который выглядит как трансформатор, расположен в центере платы. В общем, в руках оказался «конструктор» для будущих переделок.

  Быстрое исследование транзисторов показало, что в них уже есть защитные диоды.

  Пропускаем «философию» и снимаем схему. Вот что получилось.   

  Благодаря трансформатору L2 схема работает с самовозбуждением. Дополнительный запуск происходит через D10. Это двунаправленный динистор, как сдвоенный КН102. Когда напряжение увеличивается до 40V, он открывается и разряжает C3 через базовый переход транзистора Т2.

  Схема снятая с преобразователя для галогенки, оказалась если не близнецом, то младшим братом предыдущей схемы.  Аскетичному  решению можно позавидовать.

  Схема другой энергосберегающей лампы оказалась не менее интересной.

  В общем, те же дела, только запуск происходит через резистор R3, а конденсатор 10.0/50V отделяет базу Т2 по постоянному току. Диоды, шунтирующие коллектор — эмитер, находятся в транзисторах и на схеме не показаны.
  Одна только проблема – электролитические конденсаторы, которых я не люблю. Половина радиоаппаратуры выходит из строя, именно, из за них. Поэтому эту схему – пропускаем.
  Так же пропустим схемы с полевыми транзисторами, так как они встречаются реже, и преобразователи на специализированных микросхемах, так как их нельзя «посадить» на радиатор.

  Если Вас интересуют другие схемы, то обязательно загляните на эту страничку. Там Вы найдете еще 20 схем с фотографиями.

    Все это хорошо, но что делать дальше?

  А дальше, ищем что то похожее, которое собрано до нас и наверняка работает. За одно можно посмотреть будущие параметры блока питания или зарядного устройства. Одна из простых схем, на рисунке ниже.
 

  Запуск происходит через транзистор Т1, который работает в режиме обратимого лавинного пробоя по достижении напряжения 40 -70 Вольт. Такой аналог динистора в исполнении 80-х годов. Особенность схемы в том, что трансформатор Т1 работает в режиме насыщения. Лишняя мощность рассеивается на резисторе R4.  Автор обещает 180 Ватт ( 2х25 V, 3,5 А), при частоте преобразователя — 27 кГц. Описание — здесь.
  Хотя, нас больше интересует конструкция выходного трансформатора. Он выполнен на двух ферритовых кольцах (М2000НН), размером 31х18,5х7 миллиметров. Входная обмотка 82 Витка, выходная 2х16 Витков.

  Идем дальше, и находим схему, где автор вообще не заморачивался переделкой преобразователя.

  Эта схема, действительно хорошо работает, если не считать мелких проблем с «запуском» под нагрузкой. Лечится либо включением – выключением, либо установкой небольшого дросселя (между средней точкой трансформатора и выходной землей). Ограничение по току только по возможностям микросхемы выходного стабилизатора — 1 Ампер, для КРЕН5 (7805).

  Все простые, двух транзисторные преобразователи легко переделываются в блоки питания или зарядные устройства. Какую мощности можно снять с такого преобразователя? Заявленную мощность, которая написана на цоколе лампы, можно снять без проблем. Транзисторы практически не нагреваются (не относится к преобразователям с планарным монтажом). Другое дело, когда Вам необходимо использовать такой преобразователь «по максимуму». К примеру, у Вас в руках 23 Ваттный преобразователь, а нужно сделать зарядное устройство 12 В, 8 А. Это возможно, но для этого придется немного поэкспериментировать.

  На следующих страницах Вы сможете посмотреть, какую мощность можно получить от такого преобразователя. Читать, только, если Вы отличаете Осциллограф от Перископа и знаете для чего нужен Частотомер. Следующая страница с фотографиями и схемами — здесь.

   Если нет, или нет времени, а блок питания нужен быстро, то возьмите блок питания от компьютера, добавьте перемычку и наслаждайтесь 5В, 30А (или 12В, 15А). Такой блок питания долгое время питал мои электролизеры и работает до сих пор. Об этой переделке смотрите здесь.

  Переделка балластов от энергосберегающих ламп, просто – тут.

Драйвер для светодиодов из энергосберегающей лампы.

Приобрел себе на пробу светодиоды 10 Вт 900лм теплого белого света на AliExpress. Цена в ноябре 2015года составляла 23 рубля за штуку. Заказ пришел в стандартном пакетике, проверил все исправные.

Для питания светодиодов в осветительных устройствах применяются специальные блоки — электронные драйверы, представляющие собой преобразователи стабилизирующие ток, а не напряжение на своём выходе. Но так как драйверы для них(заказывал тоже на AliExpreess) были еще в пути решил запитать от балласта от энергосберегающих ламп. У меня было несколько таких неисправных ламп. у которых сгорела нить накала в колбе. Как правило, у таких ламп преобразователь напряжения исправен, и его можно использовать в качестве импульсного блока питания или драйвера светодиода.
Разбираем люминисцентную лампу.

Для переделки я взял 20 Вт лампу, дроссель которой с лёгкостью может отдать в нагрузку 20 Вт. Для 10 Вт светодиода больше никаких переделок не требуется. Если планируется запитать более мощный светодиод, требуется взять преобразователь от более мощной лампы, либо установить дроссель с большим сердечником.
Установил перемычки в цепи розжига лампы.

На дроссель намотал 18 витков эмальпровода, подпаиваем выводы намотанной обмотки к диодному мосту, подаём на лампу сетевое напряжение и замеряем выходное напряжение. В моём случае блок выдал 9,7В. Подключил светодиод через амперметр, который показал проходящий через светодиод ток в 0,83А. У моего светодиода рабочий ток равен 900мА, но я уменьшил ток чтобы увеличить ресурс. Собрал диодный мост на плате навесным способом.

Схема переделки.

Светодиод установил на термопасту на металлический абажур старой настольной лампы.

Плату питания и диодный мост установил в корпус настольной лампы.

При работе около часа температура светодиода 40 градусов.

На глаз освещенность как от 100 ваттной лампы накаливания.

Эта светодиодная настольная лампа работает уже около месяца. Пока все нормально а дальше время покажет. В результате я получил бесплатный драйвер для светодиодов. Когда придут заводские драйвера сравню их работу с самоделкой.
Кому интересно можно посмотреть на видео.
www.youtube.com/watch?v=Glfcvr0iUYw

Как переделать энергосберегающую лампу. Делаем блок питания из энергосберегающей лампы

Answer

Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry»s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.

Импульсный БП из энергосберегающей лампы

Одним из самых простых способов изготовления импульсного блока питания своими руками из «подручных средств» является переделка энергосберегающей лампы под такой блок питания. Так как основной причиной выхода из строя компактных люминесцентных ламп является перегорание одной из нитей накала колбы, то практически их все можно переделать под импульсный блок питания с нужным напряжением.

В данном конкретном случае я переделывал схему электронного балласта 15 ваттной лампочки в импульсный блок питания 12 вольт 1 ампер.

Каждый производитель ламп имеет свои собственные наборы деталей с определенными номиналами в схемах изготавливаемых электронных балластов, но все схемы типовые. Поэтому на схеме я не приводил всю схему лампы, а указал только ее типовое начало и обвязку колбы лампы. Схема электронного балласта нарисована черным и красным цветом. Красным – выделены колба и конденсатор, подсоединенный к двум нитям накала. Их следует удалить. Зеленым цветом на схеме указаны элементы которые нужно добавить. Конденсатор С1 – следует заменить большей емкости, например, 10-20u 400v.

В левой части схемы добавлен предохранитель и входной фильтр. L2 выполнен на кольце от материнской платы, имеет две обмотки по 15 витков проводом от витой пары Ø – 0.5 мм. Кольцо имеет наружный диаметр 16мм, внутренний – 8,5мм, ширину – 6,3мм. Дроссель L3 имеет 10 витков Ø – 1 мм, выполнен на кольце от трансформатора другой энергосберегающей лампы.

Следует выбирать лампу с большей пустотой окна дросселя Tr1, так как его необходимо будет переделать в трансформатор. У меня получилось намотать по 26 витков Ø – 0.5 мм на каждую из половины вторичной обмотки. Такой вид намотки требует идеально симметричных половин обмотки. Чтобы добиться этого, рекомендую мотать вторичную обмотку сразу в два провода, каждый из которых будет служить симметричной половиной друг друга.

Транзисторы оставил без радиаторов, т.к. предполагаемое потребление схемы меньше мощности, которую потребляла лампа. В качестве теста было подключено на максимальное свечение на 2 часа 5 метров RGB светодиодной ленты, потреблением 12v 1A.

Когда нужно получить 12 Вольт для светодиодной ленты , или еще для каких то целей, есть вариант сделать такой блок питания своими руками.

Схема блока питания из лампочки


Так как основной причиной выхода из строя компактных люминесцентных ламп является перегорание одной из нитей накала колбы, то практически их все можно переделать под импульсный блок питания с нужным напряжением.

В данном конкретном случае я переделывал схему электронного балласта 15 ваттной лампочки в импульсный блок питания 12 вольт 1 ампер.


Каждый производитель ламп имеет свои собственные наборы деталей с определенными номиналами в схемах изготавливаемых электронных балластов, но все схемы типовые. Поэтому на схеме я не приводил всю схему лампы, а указал только ее типовое начало и обвязку колбы лампы. Схема электронного балласта нарисована черным и красным цветом. Красным – выделены колба и конденсатор, подсоединенный к двум нитям накала. Их следует удалить. Зеленым цветом на схеме указаны элементы которые нужно добавить. Конденсатор С1 – следует заменить большей емкости, например, 10-20u 400v.


В левой части схемы добавлен предохранитель и входной фильтр. L2 выполнен на кольце от материнской платы, имеет две обмотки по 15 витков проводом от витой пары Ø – 0.5 мм. Кольцо имеет наружный диаметр 16мм, внутренний – 8,5мм, ширину – 6,3мм. Дроссель L3 имеет 10 витков Ø – 1 мм, выполнен на кольце от трансформатора другой энергосберегающей лампы.

Следует выбирать лампу с большей пустотой окна дросселя Tr1, так как его необходимо будет переделать в трансформатор. У меня получилось намотать по 26 витков Ø – 0.5 мм на каждую из половины вторичной обмотки. Такой вид намотки требует идеально симметричных половин обмотки. Чтобы добиться этого, рекомендую мотать вторичную обмотку сразу в два провода, каждый из которых будет служить симметричной половиной друг друга.

Транзисторы оставил без радиаторов, т.к. предполагаемое потребление схемы меньше мощности, которую потребляла лампа. В качестве теста было подключено на максимальное свечение на 2 часа 5 метров RGB светодиодной ленты, потреблением 12v 1A.

Пока учёные укрощают скорость света, я вот решил укротить ненужные люминесцентные лампы, переделывая их в светодиодные. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) по немного уходят в прошлое, по понятным всем причинам: меньшая эффективность относительно светодиодных, экологическая небезопасность (ртуть), ультрафиолетовое излучение опасное для глаз человека, да и недолговечность.

Как и у многих радиолюбителей, накопилась целая коробка этого «добра». Менее мощные можно использовать как запчасти, ну а те что по мощнее, начиная с 20W можно переделать и источники питания. Ведь электронный балласт, это дешевый преобразователь напряжения, то есть простой и доступный импульсный блок питания которым можно питать приборы мощностью до 30-40W (зависит от КЛЛ), и даже больше если менять выходной дроссель и транзисторы. Тем радиолюбителям которые проживают в отдалённых местах, или в определённых ситуациях, эти «энергосберегалки» окажутся полезными. Так что, не спешите их выбрасывать после выхода из строя — а работают они не долго!

В моём случае, примерно год назад (весной 2014г.), начав экспериментировать с электронным балластом, в поисках корпуса под переделку в светодиодную лампу, возвращаясь вечером домой с работы, меня осенило — увидев на тротуаре банку из под колы. Ведь алюминиевый корпус из под 0,25L напитка, как раз подходит в качестве радиатора для рассеивания тепла светодиодной ленты. А также, идеально садится под корпус КЛЛ «Vitoone» с цоколем Е27, на 25 W. Да и в эстетике неплох!

Изготовив несколько переделанных LED-ламп, я начал их испытывать в разных условиях эксплуатации. Одна из них работает в подсобном помещении в жаре и морозе (с вентиляционными отверстиями), другая в жилом помещении (без отверстии в пластмассовом цоколе). Ещё одна подключена к трёхметровой светодиодной ленте. Прошел почти год, и они до сих пор безотказно служат! Ну, и учитывая то, что на тему светодиодов, статьей появляется все больше и больше, пришлось наконец-то написать и о моей испытанной временем идеи.

Обсудить статью ЛАМПА СВЕТОДИОДНАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ

Схема электронного блока энергосберегающей лампы – Telegraph


Схема электронного блока энергосберегающей лампы

====================================

>> Перейти к скачиванию

====================================

Проверено, вирусов нет!

====================================

Единственное, чем схема электронного балласта отличается от. Это одна из самых распространённых электрических схем энергосберегающих ламп. Для предобразования схемы эконом лампы в импульсный блок питания.

Устройство компактной энергосберегающей лампы (КЛЛ). Схема и рекомендации по ремонту люминесцентных ламп с электронным балластом.

Схема электронного балласта энергосберегающей лампы. Сетевое напряжение поступает на мостовой.

фуфло это всё, на изготовление твоего блока пол дня уйдёт. +Рамиль Ахмадишин или собрать схему для сгоревших люминисцентных ламп) Теоретически, сам не. Импульсный блок питания из энергосберегающей лампы. Переделка электронного трансформатора в блок питания.

Схема энергосберегающей лампы. Схема электронного балласта для компактной люминесцентной лампы представляет собой двухтактный. напряжение, что позволяет значительно уменьшить габариты блока питания.

В цоколе лампы установлена плата электронного блока, которая соединена. Здесь приводится сборник схем энергосберегающих ламп различных.

В электронном блоке энергосберегающей лампы содержится большая часть. Это же касается и диодов с транзисторами — на схеме указаны лишь.

Вот схема энергосберегающей лампы, срисованная прямо с платы: Для переделки её в электронный трансформатор достаточно.

На днях понял, что из нерабочих энергосберегающих ламп, можно сделать достаточно мощный блок питания. В лампах часто. Схема отлично работает и на холостом ходу. 21 → Блог им. teplofizik · mChel → Изготовление сегментного индикатора на электронных чернилах в картинках.

Перед Вами окажется плата электронного блока, которая одной частью связана с. Полупроводниковые элементы схемы лампы.

Схема эта тоже может называться электронный балласт, ЭПРА. состоит из двух частей электронного блока и стеклянной части (трубки, или колбы). Электронные балласты от энергосберегающих ламп.

Ремонт трех энергосберегающих ламп с деталями разборки и. Энергосберегающая лампа Maxus — схема Транзистор DD127D. нибыло электронных драйверов. так вот.определиться с лампой. Мерцание у светодиодов, по всей видимости, связано с не качественностью блока питания.

Импульсный блок питания из энергосберегающей лампы. выходят нити накала, находящиеся в колбе, а электронная часть остается целой. Примерно все энергосберегающие лампы сделаны по такой схеме.

Уязвимые места электронных балластов люминесцентных ламп. В данной. Т.к. такие лампы часто выходят из строя из-за поломок колбы, то схема и, соответственно. Блок питания энергосберегающей лампы.

Схема переделки электронного дросселя энергосберегающей люминесцентной лампы 15 ватт в импульсный блок питания 12В 1А.

Драйвер для светодиодов из энергосберегающей лампы. устройствах применяются специальные блоки электронные драйверы. Дроссель совместно с конденсаторами в схеме задают частоту генерации и в КЛЛ разных.

Внешне устройство энергосберегающей лампы практически ни чем не отличается от обычной лампы накаливания. Электронная схема выполняет задачу зажигания лампы. Далее отсоедините цоколь от электронного блока.

блок питания шуруповерта энергосберегающей лампы импульсный. Комплектация электронного балласта энергосберегающей лампы. Некоторые схемы ЭБ энергосберегающих ламп позволяют практически.

Что такое электронный балласт для люминесцентных ламп и для. этого типа общую блок- схему, которая за небольшими исключениями. реализации ниже показана схема балласта энергосберегающей ЛДС.

: Энергосберегающие лампы. Вступление; Электронная схема; Некоторые характеристики основных электронных.

метаконденсаторов для светодиодного освещения и преобразования электроэнергии — Институт энергетики CUNY

Преобразование электроэнергии в современном энергетическом хозяйстве

В сегодняшней все более электрифицированной экономике преобразование энергии — преобразование электричества между различными уровнями напряжения и тока — образует жизненно важную связь между источниками электроэнергии и нагрузками, которые они обслуживают. Тенденции, включая интеграцию возобновляемых источников энергии, распределенное производство и хранение энергии, питание постоянным током внутри зданий, микросети постоянного тока и внедрение энергоэффективных технологий, включая полупроводниковое освещение, указывают на растущую известность источников постоянного тока и, следовательно, на растущую потребность для преобразования мощности постоянного тока в постоянный.

Рынок преобразователей постоянного тока велик, и ожидается, что к 2016 году он вырастет до 4,3 млрд долларов. Однако прогресс в разработке преобразователей постоянного тока был постепенным. Импульсные источники питания, в значительной степени зависящие от громоздких и дорогих трансформаторов и подверженных сбоям электролитических конденсаторов, продолжают доминировать. Существуют явные возможности для технологии преобразования постоянного тока в постоянный, предлагающей значительное улучшение по сравнению с существующими технологиями.

Недавний прототип драйвера светодиодов мощностью 15 Вт, построенный из стандартных дискретных конденсаторов и переключателей питания, обеспечивает КПД трансмиссии 92%.

Новый подход к преобразованию мощности постоянного тока в постоянный

Команда Metacapacitors разрабатывает революционную технологию преобразования постоянного тока в постоянный с использованием схем с переключаемыми конденсаторами в сочетании с новым классом высокочастотных конденсаторов для управления мощностью. В DC-DC преобразователе Metacapacitors управление и коммутация питания объединены в одной интегральной схеме, а накопление энергии обеспечивается недорогой сетью печатных конденсаторов, разработанных по запатентованной технологии.

Преобразователи постоянного тока

Metacapacitors предлагают значительные преимущества по сравнению с импульсными источниками питания, в том числе:

  • Более низкая стоимость за счет использования недорогих печатных конденсаторов, уменьшения количества компонентов и отказа от дорогостоящих специальных трансформаторов
  • Более длительный срок службы за счет отказа от использования подверженных сбоям электролитических конденсаторов
  • Меньший форм-фактор r за счет отказа от громоздких трансформаторов, катушек индуктивности и электролитических конденсаторов, а также за счет использования высокочастотного переключения для большей удельной мощности
  • Повышение эффективности за счет использования запатентованных материалов конденсаторов с малыми потерями и снижения потерь при переключении транзисторов

При финансовой поддержке престижной программы ARPA-E Министерства энергетики США команда Metacapacitors разрабатывает передовые драйверы для энергосберегающего светодиодного освещения.Другие целевые приложения включают микроинверторы для солнечных фотоэлектрических систем, управление питанием для мобильных устройств и системы распределения постоянного тока внутри зданий.

Что такое регенеративная энергия? |Технология

В настоящее время использование «Регенеративной энергии» настолько привычно в области энергетики, и вот как это работает. Регенеративная энергия, хорошо известная как регенеративная энергия, представляет собой многообещающую энергетическую технологию, которая может повысить экономическую эффективность.

Во-первых, мы обращаемся к механизму и взаимосвязи между двигателем и генератором. Двигатель обычно работает с использованием электроэнергии. С другой стороны, генератор подает энергию, когда его вал вращается под действием внешней силы. Хотя эти два устройства имеют разные характеристики, они одинаковы с точки зрения механизма.

Используется как двигатель

Работа с использованием электроэнергии

Используется как генератор

Подача питания за счет внешней силы, вращающей вал двигателя

Двигатель представляет собой электрическую машину, которая обеспечивает рабочую мощность за счет использования электрической энергии, а генератор преобразует рабочую мощность в электричество.Они играют ту же роль в системе. То есть такая система, в которой двигатель служит генератором, ускоряет развитие технологии рекуперации энергии.

Далее мы подробно опишем систему генерации энергии на типичном примере системы электроснабжения железной дороги. В основном электроснабжение поездов осуществляется от ВЛ через фидер, установленный параллельно проводу. И система питания постоянного тока широко применяется для подачи питания постоянного тока.

С другой стороны, при использовании тормозов в движущихся поездах самому двигателю не нужно подавать питание. Для выработки электроэнергии мощность колес поезда используется для запуска двигателя. Электроснабжение возвращается по воздушным проводам через пантографы, а затем используется другими поездами.

Торможение

(Создание мощности в качестве генератора при торможении)

Работа

(Потребляемая мощность двигателя при ускорении)

Мы надеемся, что это поможет вам понять основы воспроизводящей энергии.

Функции рекуперации энергии

Давайте перейдем к «Экономической эффективности» и «Увеличенному сроку службы резисторов» как к одной из основных характеристик регенеративной энергии.

Одним из самых больших преимуществ регенеративной энергии является то, что она способствует энергосбережению. До сих пор энергия торможения излучалась в виде тепла. Другими словами, энергия не использовалась эффективно и приводила к потерям.

Таким образом, действительно выгодно хранить энергию, чтобы использовать ее в качестве электричества, что не только предотвращает потери энергии, но и приводит к значительной экономии энергии.Вот почему регенеративная энергия называется «рециркуляция энергии». В некоторых случаях отношение энергии рекуперативного торможения составляет от 30% до 40% или более по отношению к энергии, получаемой ускоряющимися поездами.

Кроме того, когда вы хотите что-то сдвинуть, требуется много усилий, чтобы начать движение. Например, когда вы крутите педали велосипеда, для старта требуется много энергии. Точно так же, хотя двигатель требует максимальной мощности при запуске, он может работать с относительно низкой мощностью во время работы.

Таким образом, если энергия, рекуперированная в виде регенеративной энергии, распределяется по местам, которые больше всего в ней нуждаются, мы можем подавить пиковый спрос на электроэнергию. Такой эффект снижения энергопотребления принесет огромные выгоды и компаниям. Когда вы используете электричество дома, вам не нужно оплачивать дополнительные счета за электроэнергию, даже если вы используете много электроэнергии за один раз, и вам нужно платить только за то, что вы используете. Наоборот, для заводов, имеющих корпоративные контракты, базовая ежемесячная плата за электроэнергию может варьироваться, поскольку контрактная потребность рассчитывается на основе пикового потребления электроэнергии.

Спрос по контракту показывает максимальное значение пикового спроса на электроэнергию для каждого месяца в течение прошлого года. Пиковый спрос на электроэнергию указывает на максимальное ежемесячное значение среднего энергопотребления каждые 30 минут. В случае Tokyo Electric Power Company, если максимальная потребляемая мощность увеличивается на 100 кВт, вам придется платить более чем на 120 000 иен только за базовые ежемесячные платежи.

Таким образом, регенеративная энергия может помочь вам снизить энергопотребление, что будет способствовать энергосбережению.Кроме того, это в значительной степени способствует снижению тарифов на электроэнергию (эксплуатационные расходы) на заводах.

Увеличенный срок службы резисторов

Еще одним преимуществом регенеративной энергии является продление срока службы резисторов. Скажем, например, когда багаж подвешен к крану, для вращения двигателя требуется внешний источник питания. Электричество, генерируемое вращением, обычно потребляется резистором. Резистор обычно преобразует мощность в тепло и рассеивает его.

В этом случае есть вероятность, что это может привести к износу самого резистора из-за нагрева. Чтобы избежать этого, часть генерируемой мощности восстанавливается батареей, подключенной параллельно резистору. Тогда нагрузка на резистор улучшается, а также уменьшается тепловыделение от него. В результате считается, что регенеративная энергия эффективно увеличивает срок службы резистора.

Двунаправленный источник питания с рекуперацией энергии

Учитывая, как хранить регенеративную энергию в аккумуляторе, двунаправленный источник питания эффективно обеспечивает возможности регенеративной энергии.Работа крана генерирует регенеративную энергию, которая составляет 100 В переменного тока или 200 В, которые преобразуются в постоянный ток с помощью преобразователя переменного тока в постоянный. А преобразователь постоянного тока в постоянный используется для регулировки напряжения для зарядки.

И наоборот, при разрядке заряженной батареи преобразователь постоянного тока используется для повышения напряжения до 100 В или 200 В. И энергия преобразуется в переменный ток преобразователем переменного тока в постоянный.

Для удовлетворения таких требований приложений в широкой линейке Matsusada Precision доступны высокопроизводительные двунаправленные источники питания с функцией рекуперации.Что касается дополнительной информации об основах и преимуществах; как использовать двунаправленный источник питания и т. д. см. в разделе «Как использовать двунаправленный источник питания».

Рекуперативная энергия стала более привычной в последние годы в связи с растущим спросом на энергосберегающие системы. Помимо вышеперечисленных приложений, регенеративная энергия более доступна в;

  • Местоположение приложения/устройства
  • Поезд
  • Крановая станция
  • Электромобиль/гибридный автомобиль
  • Лифт
  • Многоэтажный гараж
  • Эскалатор
  • Фабрика

Если рекуперативная энергия, вырабатываемая поездной системой, превышает верхний предел потребления, произойдет повышение напряжения на воздушной линии.В этом случае напряжение на другой стороне в качестве приемника будет выше, чем на ВЛ. Он не может использовать рекуперативную мощность, что приводит к снижению эффективности торможения (недействительная регенерация).

Для эффективного использования дополнительной энергии используется «регенеративный инвертор». Преобразовывая мощность постоянного тока в мощность переменного тока с помощью продукта, избыточную мощность можно повторно использовать на вокзалах и железнодорожных объектах.

В области электрических и гибридных транспортных средств электричество вырабатывается двигателем, приводимым в действие вращением шины для торможения.Использование регенеративной энергии означает снижение расхода топлива.

В лифтах и ​​многоэтажных парковках регенеративная энергия вырабатывается, когда лифты поднимаются, когда пассажиров мало, и опускаются, когда пассажиров много. Такая энергия эффективно используется в объектах, что приводит к энергосбережению.

Когда на эскалаторе, спускающемся вниз, работает большое количество пассажиров, регенеративная энергия вырабатывается двигателем. Энергия используется на объектах, и ее также можно использовать для постепенной, а не внезапной остановки эскалатора в случае сбоя питания.

На заводах, где одновременно работает много машин, регенеративная энергия повторно используется блоками питания. В рекуперативной системе, например, рекуперативная энергия, созданная при разгрузке мостовыми кранами, может быть повторно использована в блоках питания через регенеративное устройство.

Энергия может быть повторно использована в других приложениях, требующих высокой мощности, что обеспечивает лучшее и более эффективное управление питанием. Кроме того, наряду с другими возобновляемыми источниками энергии и батареями регенеративная энергия предлагает такую ​​полезную систему, которая может продолжать производство даже в случае отключения электроэнергии, вызванного стихийными бедствиями.

Следовательно, регенеративная энергия обеспечивает лучшее общество и лучшее будущее. Многие люди считают необходимым содействовать развитию технологии регенеративной энергии как одного из важнейших источников энергии в мире.

Связанные технические статьи

Рекомендуемые продукты

Matsusada Precision производит двунаправленные источники питания постоянного тока, которые могут восстанавливать электроэнергию на заводах.

Новый способ преобразования света в электричество | Исследование

Просто освещая металлические наночастицы, исследователи из США и Нидерландов продемонстрировали совершенно новый способ получения электроэнергии.Открытие может в конечном итоге привести к новым фотоэлектрическим устройствам, которые не основаны на полупроводниках или органических красителях, а сделаны только из металлов.

Команда под руководством Гарри Этуотера из Калифорнийского технологического института добилась такого преобразования света в электричество, используя поведение плазмонов, колеблющихся облаков электронов, обнаруженных на поверхности наночастиц некоторых металлов. Наночастица золота, например, будет иметь плазмон, колеблющийся с определенной резонансной частотой.Известно, что если из плазмона ввести или удалить электроны, то резонансная частота сдвинется.

Если наночастица сидит на проводнике, между проводником и плазмоном будет происходить случайное движение электронов. Этуотер и его команда пришли к выводу, что если свет с частотой, очень близкой, но не совсем соответствующей частоте плазмона, падает на наночастицу, плазмон «самонастраивает» свой резонанс на резонанс света. Он делает это путем случайного отбрасывания или поглощения электронов на поверхность проводимости или с нее.Причина, по которой он «хочет» соответствовать частоте света, заключается в термодинамическом императиве: поглощая свет, он нагревается, увеличивая энтропию и уменьшая свободную энергию.

Таким образом, в зависимости от того, сдвигает ли плазмон свою частоту в сторону частоты синего или красного света, освещенный плазмон будет удерживать или освобождать электроны, которые движутся случайным образом, тем самым синхронизируя плазмонный резонанс с резонансом света, и будет удерживается в этом состоянии до тех пор, пока горит свет.Это, в свою очередь, приводит к разности потенциалов между наночастицей и поверхностью.

Команда проверила эту идею на двух наноструктурированных системах: сферических наночастицах золота диаметром 60 нм и «массиве плазмонных дырок», состоящем из отверстий диаметром 100 нм в пленке золота толщиной 20 нм.

«При стационарном освещении мы получаем статический потенциал», — говорит Этуотер. «Причина, по которой никто не нашел его раньше, в том, что никто его не искал. То, что мы продемонстрировали, составляет половину того, что вам нужно для устройства преобразования энергии.Теперь нам нужно подумать о том, как мы можем преобразовать это в ток».

Другие специалисты в области плазмоники впечатлены открытием. «Благодаря этому гениальному и неочевидному механизму они изобрели совершенно новый способ производства электричества из света», — говорит Мартин Московиц из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, США. «Хотя эффективность преобразования в настоящее время низкая, можно предвидеть значительные улучшения в будущем».

Николас Хилтон из Имперского колледжа Лондона, Великобритания, говорит: «Они продемонстрировали новый метод преобразования света в электрическую энергию.Он может найти широкое применение в новом классе оптоэлектронных устройств, особенно если будет разработан метод извлечения энергии в виде электрического тока». -D материалы | Новости Массачусетского технологического института

Представьте себе мир, в котором смартфоны, ноутбуки, носимые устройства и другая электроника питаются без батарей. Исследователи из Массачусетского технологического института и других стран сделали шаг в этом направлении, создав первое полностью гибкое устройство, которое может преобразовывать энергию сигналов Wi-Fi в электричество, которое может питать электронику.

Устройства, преобразующие электромагнитные волны переменного тока в электричество постоянного тока, известны как «ректенны». Исследователи демонстрируют новый тип ректенны, описанный в исследовании, опубликованном сегодня в Nature , в котором используется гибкая радиочастотная (РЧ) антенна, которая улавливает электромагнитные волны, в том числе те, которые переносят Wi-Fi, в виде волн переменного тока.

Затем антенна подключается к новому устройству, сделанному из двумерного полупроводника толщиной всего в несколько атомов. Сигнал переменного тока поступает в полупроводник, который преобразует его в постоянное напряжение, которое можно использовать для питания электронных схем или перезарядки аккумуляторов.

Таким образом, устройство без батареи пассивно улавливает и преобразует вездесущие сигналы Wi-Fi в полезную мощность постоянного тока. Кроме того, устройство является гибким и может быть изготовлено в рулонном процессе для покрытия очень больших площадей.

«Что, если бы мы могли разработать электронные системы, которыми мы обернем мост или покроем все шоссе, или стены нашего офиса, и привнесем электронный интеллект во все, что нас окружает? Как вы обеспечиваете энергией эту электронику? — говорит соавтор статьи Томас Паласиос, профессор кафедры электротехники и компьютерных наук и директор Центра графеновых устройств и 2D-систем Массачусетского технологического института/MTL в лабораториях микросистемных технологий.«Мы придумали новый способ питания электронных систем будущего — собирая энергию Wi-Fi таким образом, который легко интегрируется на больших площадях, — чтобы наделить интеллектом каждый объект вокруг нас».

Перспективные ранние области применения предлагаемой ректенны включают питание гибкой и носимой электроники, медицинских устройств и датчиков для «интернета вещей». Например, гибкие смартфоны — это популярный новый рынок для крупных технологических компаний. В экспериментах устройство исследователей может производить около 40 микроватт мощности при воздействии типичных уровней мощности сигналов Wi-Fi (около 150 микроватт).Этой мощности более чем достаточно, чтобы зажечь светодиод или управлять кремниевыми чипами.

Другим возможным применением является обеспечение передачи данных имплантируемых медицинских устройств, говорит соавтор Хесус Грахаль, исследователь из Технического университета Мадрида. Например, исследователи начинают разрабатывать таблетки, которые пациенты могут проглатывать и передавать данные о состоянии здоровья обратно на компьютер для диагностики.

«В идеале вы не хотите использовать батареи для питания этих систем, потому что если они вытекут литий, пациент может умереть», — говорит Граджал.«Гораздо лучше собирать энергию из окружающей среды, чтобы питать эти маленькие лаборатории внутри тела и передавать данные на внешние компьютеры».

Все ректенны используют компонент, известный как «выпрямитель», который преобразует входной сигнал переменного тока в мощность постоянного тока. В традиционных ректеннах в качестве выпрямителя используется либо кремний, либо арсенид галлия. Эти материалы могут покрывать диапазон Wi-Fi, но они жесткие. И хотя использование этих материалов для изготовления небольших устройств относительно недорого, использование их для покрытия больших площадей, таких как поверхности зданий и стен, было бы непомерно затратным.Исследователи давно пытаются решить эти проблемы. Но несколько гибких ректенн, о которых сообщалось до сих пор, работают на низких частотах и ​​не могут захватывать и преобразовывать сигналы на гигагерцовых частотах, где находится большинство соответствующих сигналов сотовых телефонов и Wi-Fi.

Для создания своего выпрямителя исследователи использовали новый двумерный материал под названием дисульфид молибдена (MoS 2 ), который толщиной в три атома является одним из самых тонких полупроводников в мире. При этом команда использовала уникальное поведение MoS 2 : при воздействии определенных химических веществ атомы материала перестраиваются таким образом, что действуют как переключатель, вызывая фазовый переход от полупроводника к металлическому материалу.Полученная структура известна как диод Шоттки, представляющий собой соединение полупроводника с металлом.

«Преобразовав MoS 2 в двумерный фазовый переход полупроводник-металл, мы создали сверхбыстрый диод Шоттки атомарной толщины, который одновременно сводит к минимуму последовательное сопротивление и паразитную емкость», — говорит первый автор и постдоктор EECS Сюй Чжан, который будет вскоре присоединился к Университету Карнеги-Меллона в качестве доцента.

Паразитная емкость — это неизбежная ситуация в электронике, когда некоторые материалы накапливают небольшой электрический заряд, замедляющий работу цепи.Таким образом, более низкая емкость означает повышенную скорость выпрямителя и более высокие рабочие частоты. Паразитная емкость разработанного исследователями диода Шоттки на порядок меньше, чем у современных современных гибких выпрямителей, поэтому он намного быстрее преобразует сигнал и позволяет захватывать и преобразовывать до 10 гигагерц беспроводных сигналов.

«Такая конструкция позволила создать полностью гибкое устройство, достаточно быстрое, чтобы охватить большинство радиочастотных диапазонов, используемых нашей повседневной электроникой, включая Wi-Fi, Bluetooth, сотовую связь LTE и многие другие», — говорит Чжан.

В представленной работе представлены чертежи других гибких устройств Wi-Fi-к-электроснабжению с существенной выходной мощностью и эффективностью. Максимальная выходная эффективность текущего устройства составляет 40 процентов, в зависимости от входной мощности входа Wi-Fi. При типичном уровне мощности Wi-Fi энергоэффективность выпрямителя MoS 2 составляет около 30 процентов. Для справки, сегодняшние ректенны, сделанные из жесткого, более дорогого арсенида кремния или галлия, достигают от 50 до 60 процентов.

«Эта очень хорошая командная работа Массачусетского технологического института демонстрирует первое реальное применение [] атомарно тонких полупроводников для гибкой ректенны для сбора энергии», — говорит Филип Ким, профессор физики и прикладной физики Гарвардского университета, чьи исследования сосредоточены на двумерных материалах. . «Я поражен новаторским подходом, который команда разработала для использования ненужной энергии радиочастотного излучения вокруг нас».

Есть еще 15 соавторов статьи из Массачусетского технологического института, Мадридского технического университета, Армейской исследовательской лаборатории, Мадридского университета Карла III, Бостонского университета и Университета Южной Калифорнии.

Теперь команда планирует построить более сложные системы и повысить эффективность. Работа стала возможной отчасти благодаря сотрудничеству с Мадридским техническим университетом в рамках Международной научно-технической инициативы Массачусетского технологического института (MISTI). Его также частично поддержали Институт солдатских нанотехнологий, Армейская исследовательская лаборатория, Центр интегрированных квантовых материалов Национального научного фонда и Управление научных исследований ВВС.

Решения по электроснабжению нового поколения для центров обработки данных для повышения эффективности

«Окей, Google: как подключить центр обработки данных?»

Клод Шеннон начал все это, когда в 1948 году написал «Математическая теория коммуникации», в которой он свел передачу информации к единицам и нулям, по сути, к двоичным цифрам.Эта теория привела к возможности передавать данные без ошибок в шумовой среде реального мира. 30 апреля 2016 года Шеннон исполнилось бы 100 лет.

Перенесемся на 68 лет в будущее (мне уже почти 67 лет, так что это долго!), объявление Google о том, что они и Rackspace работают над новой конструкцией сервера, сервером Zaius POWER9, который вытеснит Intel. процессор x86 и заменить его новым процессором IBM POWER9 (хотя есть несколько очень хороших новых конструкций с прямым преобразованием 48 В, ориентированных на процессоры Intel, и вы увидите позже в этой статье ST Microelectronics и Intersil, чтобы назвать пару мощных игроков.), потрясли мир центров обработки данных. Энергоэффективность является основным направлением в настоящее время, поэтому Google даже смотрит в будущее на возможное использование процессоров на базе ARM, чтобы помочь сэкономить еще больше энергии. Дизайн серверной архитектуры также будет изменен.

Кроме того, Google присоединился к Open Compute Project Facebook и сразу же предложил новый дизайн, который поможет облачным центрам обработки данных снизить огромные счета за электроэнергию. Новая конструкция стойки будет обеспечивать подачу 48 В непосредственно на серверы вместо 12 В, которые сейчас используются большинством серверов.Google заявил, что потери при преобразовании электроэнергии будут снижены на 30%.

Таким образом, 48 В будет подаваться на материнскую плату и затем преобразовываться до 1 В или ниже, чтобы питание процессора было как можно ближе к этой ИС — о да — и без шума, который может способствовать ошибкам процессора.

Рик Мерритт прокомментировал важность этих усилий в недавней статье EETimes под названием Google Preps для IBM, ARM Shift.

Прежде чем мы перейдем к решениям по управлению питанием для сервера, давайте сначала посмотрим, как выглядит центр обработки данных, и проблемы, которые необходимо преодолеть в связи с быстрорастущим использованием Интернета, вызванным появлением 5G и Интернета вещей. а также рост облачных технологий в центрах обработки данных с добавлением десятков мегаватт и более в каждый центр обработки данных.

Центр обработки данных Google

Давайте сначала заглянем внутрь одной из сетевых комнат кампуса Google, маршрутизаторов и коммутаторов, которые позволяют центрам обработки данных взаимодействовать друг с другом (, рис. 1, ).

Рисунок 1 Существует множество волоконно-оптических сетей, соединяющих центры обработки данных Google со скоростью, которая в 200 000 раз превышает скорость вашего домашнего подключения к Интернету. Волоконно-оптические кабели проходят вдоль желтых кабельных лотков, которые можно увидеть у потолка на этом изображении.(Изображение предоставлено Google)    

Охлаждение тепла в центре обработки данных

Когда мы заглянем за серверный проход, мы обнаружим не слишком гламурную группу из сотен вентиляторов, которые направляют горячий воздух из серверных стоек в блок охлаждения для рециркуляции ( Рисунок 2 ).

Рисунок 2. Вентиляторы можно увидеть выделенными жутким зеленым инопланетным свечением от огней, которые представляют собой светодиоды состояния сервера, отражающиеся от передней части серверов Google.(Изображение предоставлено Google)

Ради бога, налей воды, Гунга Дин!

Огромные резервуары для хранения вмещают до 240 000 галлонов (900 000 литров) воды для охлаждения отработанного тепла в центре обработки данных ( Рисунок 3 ).

Рисунок 3 Показанный здесь изолированный резервуар содержит воду, которая будет течь и направляться в сердце центра обработки данных для охлаждения. (Изображение предоставлено Google)

Многие другие центры обработки данных используют чиллеры или кондиционеры для охлаждения стоек.Этот метод, по данным Google, использует 30-70% накладных расходов в энергопотреблении. Решение Google для центров обработки данных заключается в использовании воды в качестве альтернативного энергоэффективного способа охлаждения.

Они разработали специальные системы охлаждения для своих серверных стоек под названием «Горячие хижины». Эти системы служат временным хранилищем горячего воздуха, который выходит из серверов, поскольку они изолируют его от остальной части пола центра обработки данных. На каждом блоке Hot Hut есть вентиляторы, которые вытягивают горячий воздух из-за серверов через змеевики с водяным охлаждением.Охлажденный воздух, выходящий из Hot Hut, возвращается в окружающий воздух в центре обработки данных, где серверы могут втягивать охлажденный воздух для охлаждения в этом эффективном цикле ( рис. 4 ).

Рисунок 4. Пластиковые шторы висят в сетевой комнате в дата-центре Google Council Bluffs. Здесь они подают холодный воздух через пол, а прозрачные пластиковые барьеры помогают удерживать холодный воздух, не пуская горячий воздух. (Изображение предоставлено Google)

Испарительное охлаждение хорошо работает в градирнях.Когда горячая вода из центра обработки данных стекает по башням через материал, который ускоряет ее испарение, часть воды превращается в пар. Вентилятор поднимает этот пар, удаляя при этом избыточное тепло. Затем башня может возвращать охлажденную воду обратно в центр обработки данных.

В центре обработки данных Google в Хамине, Финляндия, морская вода используется для охлаждения без чиллеров. Они выбрали это место из-за его холодного климата и расположения на берегу Финского залива. Система охлаждения, которая была спроектирована, перекачивает холодную воду из моря на объект, передает тепло от их работы морской воде через теплообменник, а затем охлаждает эту воду перед возвратом в залив.Этот эффективный метод обеспечивает необходимое охлаждение круглый год без необходимости установки каких-либо механических охладителей (, рис. 5, ).

Рис. 5 Серверные этажи, подобные этим, требуют огромного пространства и эффективной мощности для работы всего семейства продуктов Google по всему миру. В Хамине, Финляндия, Google решил отремонтировать старую бумажную фабрику, чтобы воспользоваться инфраструктурой здания и его близостью к охлаждающим водам Финского залива. (Изображение предоставлено Google)

Кроме того, в целях экономии воды два центра обработки данных питаются от 100 % переработанной воды и собирают дождевую воду для охлаждения третьего.Эта идея довольно проста: вместо того, чтобы использовать питьевую (или питьевую) воду для охлаждения, они используют непитьевые источники воды и очищают ее ровно настолько, чтобы ее можно было использовать для охлаждения.

Парящий над полом в Каунсил-Блаффс, штат Айова, огромный центр обработки данных можно увидеть на рис. 6. Это пространство над серверами является основным пространством для системы распределения электроэнергии, будь то переменный ток или 400 В. (См. мою статью EDN о 400 В в центре обработки данных.)

Рисунок 6 Огромные стальные балки поддерживают конструкцию и помогают распределять энергию.(Изображение предоставлено Google)

Теперь мы переходим к техническому аспекту нашей части решения по питанию в этой статье.

Новое решение для повышения эффективности центров обработки данных

Теперь, когда мы увидели, что такое центр обработки данных, и невероятное количество потерянного тепла из-за относительно небольшой неэффективности неидеальной полупроводниковой интегральной схемы, умноженное в невероятные миллионы раз, давайте взглянем на некоторые решения для управления питанием, которые составляет то, что, как утверждает Google, будет на 30% меньше потерь при преобразовании электроэнергии.

Стефан Ор, консультант и аналитик полупроводниковой промышленности, сделал несколько замечательных комментариев в своей статье EETimes под названием В поисках энергоэффективности серверов незадолго до APEC 2016.

На DesignCon 2016 была проведена панель DesignCon 2016, в которой приняли участие Google, Intel, Linear Technology, Intersil и Vicor, и именно здесь мы услышали о стремлении Google использовать 48-вольтовые материнские платы для сокращения потерь энергии в серверах центров обработки данных. Энергоэффективность центров обработки данных оценивается примерно в 84%.

Сначала давайте рассмотрим типичные основные источники питания и возможности резервного копирования, необходимые в жизнеспособном центре обработки данных.

В типичном центре обработки данных электроэнергия поступает в здание через один или два отдельных сектора энергосистемы, которыми управляет местная энергетическая компания. Избыточность имеет решающее значение для работы центра обработки данных, поскольку сбой здесь невозможен.

Во многих случаях центр обработки данных имеет дизельные генераторы, которые могут производить мегаватты электроэнергии, включая дополнительную мощность для покрытия потребности центра обработки данных в электроэнергии в случае чрезвычайной ситуации.

Обычно местная коммунальная компания и дизель-генераторы поставляют электроэнергию с напряжением около 20 киловольт (кВ), которое затем преобразуется в 220 или 380 вольт переменного тока.

В центре обработки данных обычно резервные батареи могут обеспечивать питание центра обработки данных в течение 15 минут или около того в случае отключения электроэнергии. Это дает дизельным генераторам время для запуска и выхода на уровень мощности, необходимый для работы объекта.

Большой ИБП также является частью схемы питания ЦОД. Он может работать от переменного тока и может поставлять десятки киловатт при напряжении 480 вольт.Поскольку ИБП потребляет мощность переменного тока, он преобразует часть этой энергии в сохраненную мощность постоянного тока в случае отключения электроэнергии. Он компенсирует колебания напряжения и частоты для защиты чувствительных процессоров и других электронных систем.

Для центра обработки данных необходима система электропитания с резервированием. Это позволит выполнять ремонт в одной сети, не отключая серверы, базы данных или электрооборудование.

 

Рисунок 7 Состояние большинства современных «статических» архитектур питания в центре обработки данных (Изображение предоставлено Intersil)

В современных серверах обычно используются блоки питания на 12 В с уровнями эффективности около 80 %, на которые в основном влияет высокая потребляемая мощность процессора.См. рис. 7. Некоторые силовые конструкции и архитектуры традиционных регуляторов могут достичь 90-го процентиля эффективности, но этого все же недостаточно. Теперь нам нужно максимально приблизить питание к процессору, а также сегодня устранить многократные потери трансформатора в цепочке энергосистемы. 12-вольтовые материнские платы в современных серверах — это технология, которой как минимум 20 лет. Что-то нужно дать! В центрах обработки данных слишком много энергии тратится впустую, поскольку процессор выходит за рамки возможного в многоядерных архитектурах с постоянно растущими скоростями, что приводит к более высоким потребностям в мощности и большим потерям энергии.Включите эти кондиционеры.

Введите архитектуру Google 48VDC на материнскую плату

Мы уже давно наблюдаем, как Telecom использует 48 В, поэтому эта идея не нова в этой области, но для центров обработки данных это новая парадигма. Экономия энергии в центре обработки данных дает массу преимуществ за счет снижения потерь в стойке I 2 R, а также благодаря использованию на один трансформатор меньше потерь при преобразовании.

Есть, конечно, новые проблемы, которые поднимают свою уродливую голову, но они не являются непреодолимыми.Что мы делаем с эффективностью легкой нагрузки? Как насчет шумоизоляции и связи 48 В? Почему 48В, а не 380В?

Давайте взглянем на некоторые из действительно инновационных решений ведущих поставщиков электроэнергии, которые решают эти проблемы и отвечают на эти вопросы.

Решения Vicor

Я до сих пор считаю решения Vicor лучшей архитектурой дизайна для 48 В по многим причинам. Во-первых, они уже довольно давно тесно сотрудничают с Google над решением 48 В, а также над передачей 380 В по балкам центра обработки данных.Во-вторых, они поставляют питание 48 В для FPGA и DSP уже более десяти лет, обладая богатым опытом в области материнских плат, накопленным за это время. В-третьих, они имеют одну из лучших тепловых архитектур, которые я видел в отрасли, с их инновационной тепловой конструкцией пакета CHiP (см. мою статью на EDN два года назад, в которой обсуждались преимущества этой конструкции, а также использование в передаче ЦОД 380 В). Проект под названием Vicor Corporation Модули преобразователя шины CHiP Vicor начал использовать эту структурированную архитектуру довольно рано, в 2014 году.

Роберт Гендрон, вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса, рассказал нам о решении Vicor для центров обработки данных. В конце 2013 года компания Vicor сообщила, что основная проблема затрат проектировщиков и поставщиков центров обработки данных — это мощность, необходимая для работы всей электроники; серверы, коммутаторы, хранилища. Почему энергоэффективность так важна для работы центра обработки данных? Потому что дата-центры должны платить за это дважды!:

  1. В качестве вклада поставщика коммунальных услуг и / или текущих затрат на сбор его из окружающей среды с использованием зеленых технологий.
  2. В качестве выхода из их оборудования тепловые отходы их операций ( неэффективность их электроники) должны быть удалены из оборудования. Иногда это можно восстановить, но не без дополнительных затрат на дополнительное оборудование.

Компания Vicor приняла участие в ключевой дискуссии на конференции DesignCon в этом году, посвященной серверам 48V. См. статью Рика Мерритта о EETimes на эту тему, озаглавленную Google, Intel Prep 48V Servers.

Несколько участников дискуссии обсудили проблемы, связанные с расположением регуляторов физически близко к процессорам. Роберт Гендрон, вице-президент Vicor по маркетингу и развитию бизнеса, рассказал о том, что уже было достигнуто Vicor, например, «использование 3D-пакета, подходящего для размещения рядом с процессорным сокетом». .

Инженеры Vicor

работают над тем, чтобы переместить регуляторы еще ближе к процессору, поскольку он прокомментировал, что «в будущей версии будет использоваться еще более плотный корпус, который можно будет разместить под сокетом».

Среди уважаемых участников дискуссии были Нил О’Салливан, руководитель группы по электроснабжению в Google, и Дэвид Фигероа, директор по решениям для корпоративного питания в Intel.

Безусловно, предстоит еще решить много проблем ( Рис. 8 ), но компания Vicor уже продемонстрировала несколько очень креативных и жизнеспособных решений ( Рис. 9 ).

Рис. 8 Проблемы с питанием ЦП остаются. (Изображение предоставлено Vicor)

 

Рисунок 9. Архитектура Vicor, альтернативная традиционной многофазной, представляет собой питание 48 В напрямую от ЦП. (Изображение предоставлено Vicor)

Компания продвигает 48 В для остальной части конструкции, а не только для процессора. Графический процессор, ASIC или DDR также могут использовать конструкции с факторизованным питанием от 50 до 400 А, в которых используются масштабируемые компоненты PRM/VTM, а также цифровой контроллер PI3020, как показано на рис. 8.Подобные цифровые решения по питанию необходимы для производительности, необходимой для постоянно адаптируемой схемы питания, чтобы справляться с этими тяжелыми нагрузками, требующими быстрого отклика от источника питания, а также быстрых изменений в условиях легкой нагрузки с адаптируемым источником питания, который может переключаться на другую архитектуру. режим для поддержания высокой эффективности при малых нагрузках.

Понижающие стабилизаторы

с переключением при нулевом напряжении (ZVS)/переключением при нулевом токе (ZCS) также являются частью портфолио Vicor, чтобы обеспечить поддержку шины для шин с меньшим током, а также в сервере.

Микросхема

Vicor VTM 100A+ с турборежимом 200A — это именно то, что нужно серверному процессору для замены нескольких обычных DRMOS и каскадов индуктивности в многофазной конструкции (см. рис. 11). Он имеет уникальную топологию резонансного синусоидального преобразователя амплитуды ZVS/ZCS, высокоинтегрированный 3D-пакет и работает на частоте 1,5 МГц. Нет необходимости увеличивать мощность схемы, поскольку эта ИС имеет собственный турборежим, который может обеспечить подачу двойного тока в течение периода до 10 мс. См. рис. 10.

Рисунок 10 Вот решение Vicor для высокой плотности функциональности в маленьком корпусе, обеспечивающее все потребности процессора.(Изображение предоставлено Vicor)

 

Рис. 11 Здесь показана обычная многофазная архитектура. Прямое питание Vicor 48 В от ЦП сокращает ценную площадь рядом с ЦП более чем на 50% без потери производительности, поскольку PRM и цифровой контроллер могут быть размещены в некритических областях на краях платы. Это также помогает упростить маршрутизацию ввода-вывода ЦП, а низкий уровень шума VTM снижает опасения по поводу наличия каких-либо шумов рядом с ЦП или линиями данных. (Изображение предоставлено Vicor)

Что насчет эффективности? Что ж, производительность 48V Direct to CPU соответствует производительности традиционной многофазной архитектуры 12V-1V.Добавление ступенчатого преобразователя 48 В в 12 В к традиционной многофазной архитектуре только снизит общую производительность источника питания.

Таким образом, в целом 48 В позволяет уменьшить количество кабелей, скученность, стоимость, вес, I 2 R потерь и объем накопления энергии. Это соответствует 16-кратному снижению потерь мощности и 4-кратному уменьшению объема конденсатора.

Наконец, давайте кратко рассмотрим излучаемый шум в традиционной многофазной конструкции по сравнению с конструкцией Vicor 48 В с прямым подключением к ЦП, используя тест сканирования ближнего поля x-y, который показывает большую разницу в производительности VTM по сравнению с многофазным.См. рис. 12.

Рис. 12 Низкий излучаемый шум в конструкции 48V Direct to CPU. (Изображение предоставлено Vicor)

Решение STMicroelectronics

Вторым отличным решением архитектуры Vicor является инновационное решение ST Microelectronics.

Паоло Сандри, директор по маркетингу IPG Industrial and Power Conversion, сообщил на APEC 2016, что ST имеет уникальное и полностью изолированное, резонансное, одноступенчатое прямое преобразование из 48 В прямо в CPU/DD/ASIC/POL, в полном соответствии до Intel VR13 и VR12.5 (отказы от Intel не требуются) и полностью масштабируемое решение, способное управлять до 6 чередующимися ячейками с динамическим удалением ячеек и пропуском импульсов. Их команда разработчиков заявляет о достижении минимально возможного содержания гармоник шума и оптимальной целостности сигнала (в результате резонансных операций с переключением нулевого тока и нулевого напряжения (ZCS/ZVS) как на первичной, так и на вторичной стороне), что, по их словам, является лучшим в отрасли.

Разработчики

реализовали действительно красивую вторичную боковую форму волны, в отличие от традиционной прямоугольной волны с ее резкими краями и багажом звона и гармонического содержания, который она приносит.Они разработали интеллектуальную полусинусоидальную форму волны, которая вместе с ZVS/ZCS обеспечивает очень низкий уровень шума и возможность находиться как можно ближе к процессору без интерференционных эффектов.

И помните, что эта архитектура легко адаптируется и расширяется для следующего возможного будущего шага повышения эффективности в обсуждаемом центре обработки данных: шины прямого преобразования 400 В для процессора.

Архитектура

STMicroelectronics от 48 В до 0,5–12 В состоит из их STRG02, однопроводного управляемого синхронного выпрямителя с возможностью ZCS/ZVS.Они также имеют полный мостовой драйвер STRG04 с программируемым прогнозирующим управлением для работы при нулевом напряжении при постоянном управлении фазовым сдвигом. И, наконец, их STRG06 представляет собой многофазный резонансный цифровой контроллер с постоянным временем включения, который может поддерживать до шести чередующихся преобразователей (автоматически включаемых/выключаемых по запросу нагрузки) с напряжением от 0,5 В до 12 В (, рис. 13, ).

Рис. 13 Архитектура изолированной системы STMicroelectronics от 48 В до 0,5–12 В.Эта архитектура на самом деле является своего рода гибридом: резонансная изоляция на входе вместе с удвоителем тока на нагрузке. (Изображение предоставлено STMicroelectronics)

Это решение имеет удельную мощность 160 Вт/дюйм 2 и то, что я считаю критически важным для приложений центров обработки данных, — возможность цифрового питания для адаптивного управления. Для этого система использует PMBus для телеметрии и автонастройки.

Их новая резонансная топология позволяет осуществлять пропорциональное управление энергией с использованием Pskip и динамического управления ячейками.Архитектура является полностью масштабируемой (очень хорошая особенность этой конструкции), так что преобразователи могут быть параллельны и чередоваться в соответствии с нагрузкой. Они имеют управление переменной частотой в режиме непрерывного тока (CCM) и режиме прерывистой проводимости (DCM).

Еще одной приятной особенностью является возможность мгновенного включения резонансных преобразователей при увеличении нагрузки.

Разработчики STMicroelectronics тщательно продумали это универсальное решение, которое станет ключевым элементом повышения эффективности ЦОД в будущем.

У них также очень хороший эталонный дизайн, совместимый с Intel VR13 ( Рисунок 14 ).

 

Рис. 14. STMicroelectronics Intel VR13, 165 Вт. Эталонный дизайн. В этой конструкции 4 элемента с максимальной эффективностью 93%. (Изображение предоставлено STMicroelectronics)

Существуют другие эталонные платы-прототипы от 54 В до 12 В при 500 Вт и от 54 В до 3,3 В при 150 Вт и от 54 В до 1,21 В при 50 Вт с пиковой эффективностью 93,8 %, которые могут подойти для ЦОД в других областях.Это удобно для дизайнеров, чтобы быстрее выйти на рынок благодаря надежному дизайну благодаря доступности файлов Gerber.

Дизайн пользовательского интерфейса и поддержка программного обеспечения

CUI Inc. использует решительный подход к мощности для центра обработки данных, который тесно связан с мощностью, определяемой программным обеспечением, которую я всегда считал ключевым элементом мощности для центра обработки данных. Когда я был на APEC в этом году, я встретился с Марком Адамсом из CUI, когда они объявили об ограниченном эксклюзивном соглашении на разработку оборудования с Virtual Power Systems (VPS), компанией Software Defined Power ® .Две компании будут сотрудничать, чтобы установить новый стандарт эффективной энергетической инфраструктуры для центров обработки данных.

Рис. 15 Вот типичная стойка в центре обработки данных, показанная здесь на стенде CUI на выставке APEC 2016 вместе с партнером по программному обеспечению VPS.

CUI планирует разработать, изготовить и распространить аппаратный компонент системы ICE (Intelligent Control of Energy), в которой будет использоваться решение VPS. Аппаратное обеспечение ICE Block управляется и контролируется с помощью платформы ICE, тесно интегрированного пакета программного обеспечения, разработанного VPS.VPS утверждает, что блок ICE позволит операторам центров обработки данных удвоить мощность и использование серверов, снизить затраты и значительно повысить доступность.

Это партнерство важно, потому что оно является первым шагом в создании более крупной экосистемы Software Defined Power, от уровня платы до уровня системы, в конечном итоге создавая более интеллектуальную и эффективную инфраструктуру центра обработки данных.

Рис. 16. CUI и VPS сосредоточились на программно-определяемой мощности на своем стенде на выставке APEC 2016.Это критически важно для эффективности и надежности Data Canter.

В настоящее время разрабатывается первый блок ICE, первые прототипы будут установлены позже в 2016 году.

Команды считают, что в существующем центре обработки данных они предполагают снижение затрат на электроэнергию на 15-25% в сочетании с предотвращением 40-60% обычных капиталовложений с комбинированной системой ICE. Еще одно ключевое преимущество этой новой инфраструктуры заключается в том, что она позволит центрам обработки данных продолжать свой путь агрессивного роста с помощью решения, которое можно установить и инициализировать всего за несколько дней, а не за несколько дней.месяцев, необходимых для традиционных подходов. Операторы центров обработки данных могут сразу же ощутить значительные улучшения в операционной гибкости, использовании и управлении.

Я выбрал программно-определяемую мощность в качестве одной из горячих технологий в 2016 году в своей статье на EDN «Программно-определяемая мощность обеспечивает критические потребности в современных энергосистемах».

CUI очень хорошо понимает программно-определяемую мощность. См. статью Марка Адамса о EDN, озаглавленную «Реализуя потенциал программно-определяемой мощности».

Также см. раздел «Цифровое питание» в конце этой статьи.

Интегрированное решение Максим

Сегодняшние центры обработки данных потребляют около 2% от общего мирового энергопотребления, и, по прогнозам, к 2020 году только центры обработки данных в США будут потреблять колоссальные 140 миллиардов кВт-часов. По оценкам, из этой мощности ЦП и память DRAM потребляют около 80% общей мощности сервера при пиковой нагрузке, и эта потребность в мощности будет увеличиваться в будущих проектах.

Компания Maxim Integrated увидела возможность предоставить необходимое решение для повышения эффективности регулятора напряжения 48 В до точки нагрузки (PoL).

Существующая архитектура решения 12 В для серверной материнской платы

Энергоемкие ЦП и память в нынешних устаревших материнских платах центров обработки данных Power используют регуляторы напряжения постоянного/постоянного тока от 12 В до PoL в многофазной конфигурации, которым более 20 лет ( рис. 17 ).

Рис. 17 Типичная устаревшая архитектура питания серверной материнской платы на 12 В (изображение предоставлено Maxim Integrated)

Решение Maxim Integrated 48 В использует шесть регуляторов прямого преобразования 48 В в PoL DC/DC для питания процессора и памяти.У них также есть регуляторы напряжения постоянного/постоянного тока от 12 В до PoL для промежуточной шины 12 В, накопителей и других шин с низким уровнем питания, которые все еще используются в системе (, рис. 18, ).

Рис. 18 Решение Maxim Integrated 48V Direct to PoL (Изображение предоставлено Maxim Integrated)

Новая архитектура обеспечивает множество преимуществ эффективности, таких как снижение потерь при преобразовании на 30 %, снижение потерь при распределении энергии в 16 раз благодаря I 2 R в разъемах, кабелях и платах.Plus 48V — это хорошо задокументированная и испытанная система, используемая в центральных офисах телекоммуникаций на протяжении многих лет (, рис. 19, ).

Рис. 19

Дискретное решение Linear Technology

Linear Technology выпустила изолированные контроллеры питания, такие как набор микросхем прямого преобразователя LTC3765/3766, который позволяет разработчикам реализовать надежное и экономичное дискретное/встроенное решение для входной системы 48 В (, рис. 20, ).

Рисунок 20 Типичная функциональная схема для системы ввода 48 В (изображение предоставлено Linear Technology)

Интерсил раствор

Предложение INTERSIL для преобразования 48 В постоянного тока в 1 В постоянного тока

Облачные вычисления и большие данные требуют значительных инвестиций и энергопотребления в серверную и сетевую инфраструктуру. Из-за большого энергопотребления затраты на охлаждение в центрах обработки данных могут легко превысить 50% от общих эксплуатационных расходов.Существует острая потребность в повышении эффективности энергопотребления, чтобы обеспечить более экологичное и экономичное решение для масштабирования облака. Последней тенденцией для достижения этой цели является устранение шагов преобразования в цепочке управления питанием. Подавая питание на процессор от объединительной платы 48 В, он устраняет промежуточный шаг 12 В. Это увеличение напряжения на объединительной плате с 12 В до 48 В снижает потери при распределении в 16 раз.

Рисунок 21 Цифровой ШИМ-контроллер Intersil ISL6388 работает совместно с силовыми каскадами Vicor (Изображение предоставлено Intersil)

Директор по инфраструктуре Intersil Чэнс Данлэп рассказал нам о своих усилиях в Центре обработки данных:

Для решения этой задачи был разработан цифровой ШИМ-контроллер Intersil ISL6388, обеспечивающий регулирование и управление серверными процессорами Intel, и работает с силовыми каскадами Vicor для VR12 и VR12.5 конструкций (ядро и память) для обеспечения преобразования 48 В в 1,x В. Буферизованный сигнал компенсации позволяет регулировать внешние силовые каскады (Vicor PI3751-02 «PRM» и VTM48Kp020x «VTM») с помощью контура управления ISL6388. Это обеспечивает лучшую в своем классе реакцию управления Intersil на команды и требования нагрузки от процессоров Intel.

Intersil поставляет эти одноступенчатые решения 48V to POL для серверов VR12.5 и VR12 в центрах обработки данных в течение последних нескольких лет.Это расширяет долгую историю Intersil в области многофазных контроллеров для серверных приложений. Уделяя особое внимание эффективности серверов и эффективности использования энергии (PUE) для гипермасштабируемых центров обработки данных, Intersil тесно сотрудничает с лидерами отрасли, чтобы стандартизировать стандарт стойки 48 В и сократить глобальное потребление электроэнергии облаком. Усовершенствованная технология преобразователя постоянного тока в постоянный от Intersil позволяет оборудованию центра обработки данных улучшать характеристики с низкими переходными процессами, что приводит к экономии энергии, многократно увеличивающейся для каждой линейной карты.Фактически, Intersil — одна из очень немногих компаний, способных предоставлять клиентам информацию об энергопотреблении их систем в режиме реального времени, что обеспечивает беспрецедентный для инфраструктурных приложений уровень оптимизации.

Цифровая мощность

Архитектуры

Digital Power необходимы для центров обработки данных. Благодаря цифровым, настраиваемым и полностью программируемым контроллерам питания решения по питанию для центров обработки данных получают гибкость, эффективность и интеграцию для удовлетворения динамических потребностей системы.Быстрая адаптируемая реакция на изменение условий нагрузки значительно повысит эффективность центра обработки данных. С мощными, высокоскоростными процессорами, которым требуется пиковая мощность через различные промежутки времени, только Digital Power сможет быстро реагировать на высокие текущие потребности на лету.

Цифровые силовые устройства

поддерживают множество топологий питания и, таким образом, могут обеспечить точное управление формой волны с помощью алгоритмов управления фазой, частотой и рабочим циклом с высоким разрешением.

Система Digital Power может управлять распределением питания на каждый сервер в стойке и будет иметь возможность отслеживать и создавать отчеты о работе каждого блейд-сервера в этой стойке.Общее своевременное питание серверов и эффективность могут быть улучшены за счет внедрения Digital Power в архитектуру питания серверов.

Мы видели, как CUI недавно объединился с VPS для полного решения по управлению электропитанием центра обработки данных, включая программное обеспечение. Теперь давайте рассмотрим несколько других программных решений, сочетающих в себе лучшее из аппаратного и программного обеспечения для решений Power в центре обработки данных.

Во-первых, у нас есть недавнее представление Eaton программного обеспечения Intelligent Power Manager™ версии 1.52, которую можно интегрировать с платформой VMware vRealize® Operations™. Эта интеграция позволяет просматривать и управлять питанием и оборудованием, таким как системы бесперебойного питания (UPS) и блоки распределения питания (PDU), с аналитикой для планирования мощности и распределения рабочих нагрузок.

Эта система обеспечивает возможности прогнозной аналитики и интеллектуальные оповещения для проведения профилактического обслуживания или ремонта их энергосистем.

Операторы центров обработки данных

теперь будут иметь больший контроль над PDU, поддерживающими их ИТ-инфраструктуру.Они могут включать и выключать розетки PDU и перезагружать розетки с помощью программного обеспечения Intelligent Power Manager для повышения надежности. Эта платформа обеспечивает повышенную детализацию для управления действиями и аварийными сигналами при возникновении событий с питанием или окружающей средой, а также обеспечивает более глубокое понимание причин аварийных сигналов, чтобы операторы могли предпринять точные немедленные действия.

GaN

Сочетая способность цифрового питания поддерживать практически любую топологию питания и в то же время обеспечивая возможность управления синхронизацией с высоким разрешением, новые силовые элементы, такие как нитрид галлия (GaN), могут быть реализованы, обеспечивая более высокие частоты переключения, меньшие потери при переключении, большую мощность плотность и нулевое обратное извлечение.

В Справочнике по преобразователям постоянного тока Efficient Power Conversions авторы Дэвид Реуш и Джон Глейзер комментируют: «Наша первая задача — как будут продолжать совершенствоваться системы преобразования энергии, чтобы идти в ногу с быстрым ростом вычислительной мощности и потребностью в эффективных Центры обработки данных?»

Алекс Лидоу из Efficient Power Conversion сказал нам: «Поскольку крупные производители серверов, такие как Google, пересматривают архитектуру встроенного питания, основным кандидатом на повышение эффективности, сокращение места на плате и снижение стоимости является прямой переход от 48 В к напряжению нагрузки. (1.8 или 1В). Этого можно добиться с помощью кремниевых полевых МОП-транзисторов, но с большей сложностью и более высокой стоимостью. С GaN, благодаря превосходной скорости переключения и меньшей занимаемой площади, вы можете использовать более простые топологии, которые обеспечивают такую ​​же или лучшую эффективность при меньшей занимаемой площади и значительно меньшей стоимости».

Хорошее видео Дэвида Реуша из EPC, снятое на APEC, в котором обсуждаются две демонстрационные платы с нагрузкой 48 В, см. в видео ниже. Это видео дает отличный обзор двух демонстраций. См. также рисунки 22 и 23.

Рисунок 22 Из EPC: EPC9041 с использованием eGaN IC EPC2105, неизолированный, одноступенчатый, с высоким коэффициентом понижения, 500 кГц, от 48 В до 1,8 В при 20 А, понижающий преобразователь с жестким переключением (изображение предоставлено EPC)

 

Рисунок 23 От TI (показан на стенде EPC), одноступенчатый, изолированный, 600 кГц, от 48 В до 1,0 В при 40 А, КПД 90–92%, полумост с жесткой коммутацией и выпрямителем с удвоением тока.Силовой каскад на первичной стороне представляет собой LMG5200: силовой каскад 80 В/18 мОм, полумост на основе GaN со встроенным драйвером; Синхронным выпрямителем вторичной стороны является EPC2023: полевой транзистор eGaN® 30 В/1,3 мОм; Использование TPS53632G: понижающий контроллер без драйверов с управлением I2C (изображение предоставлено EPC)

Texas Instruments продемонстрировала TPS53632G, аналоговый контроллер, оптимизированный для GaN в приложении PoL от 48 В до 1 В на APEC 2016! В сочетании с 80-вольтовым силовым каскадом LMG5200 GaN FET от TI контроллер TPS53632G может переключаться на частоту до 1 МГц, чтобы минимизировать размер магнитных компонентов и уменьшить общее пространство на плате.LMG5200 разработан специально для этого контроллера для достижения высокой частоты и эффективности до 92% при преобразовании 48 В в 1 В.

Я ожидаю повышения эффективности интеллектуального программного обеспечения следующего поколения, возможно, даже на уровне искусственного интеллекта (ИИ), но в ближайшем будущем я вижу переход к 400 В, реализованный в центре обработки данных, с повышением эффективности следующего уровня. Я ожидаю, что в будущем GaN будет играть более важную роль в этих конструкциях.

Нам необходимо начать сокращать потребность в водяном охлаждении и кондиционировании воздуха, что также значительно уменьшит эксплуатационные расходы и стоимость владения, а также уменьшит размер и занимаемую площадь центра обработки данных.

У Google есть прекрасный взгляд на сложный мир центров обработки данных с высоты птичьего полета на то, что такое центр обработки данных и как он выглядит здесь, в этом слайд-шоу Planet Analog. Вы также можете совершить виртуальную экскурсию по центрам обработки данных Google здесь.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.