電子發燒友網報道（文/李誠）隨著產業的數字化轉型，通訊基站、資料中心逐漸增多，能源壓力愈發緊張。據相關資料顯示，預計至2025年通訊站點數量將增至7000萬個，年耗電量超過6700億度；資料中心將增至2400萬機架，年耗電量超過9500億度。數以億計的用電量讓人陷入了沉思，在“雙碳”的大背景下，節能減排已成為全人類的共同目標，也掀起了各行業的能源革命。
以通訊業務起家的華為，在通訊基站、伺服器領域均有佈局，秉承著“極簡、綠色、智慧、安全”的理念，推出了多款應用於伺服器的電源產品。
圖源：華為
近日，B站博主@機魂釋出了一條關於電源拆解的影片深深吸引了小編。拆解的是一款來自華為的鈦金級3000W氮化鎵伺服器電源。據博主介紹，該電源型號為PAC3000S12-T1，是華為幾年前的一款產品，電源功率密度極高，系統轉換效率更是高達96%。
淺看元器件佈局，揭露高功率密度的秘密
背面引數 圖源：@機魂
透過查閱相關資料發現，華為有用多款伺服器電源產品，輸出電壓均為12V，輸出功率涵蓋了900W至3000W不等，封裝尺寸均為68mm x 183mm x 40.5mm，183mm的身長與業界平均水平265mm相比縮短了不少，體積控制到了490.62mm3，以至於功率密度高達6.114W/mm3。而常規的消費類氮化鎵電源的功率密度只有1.1W/mm3，即使與專用的伺服器電源相比，這款電源的功率密度也提升了50%以上。同時支援90~264V直流電壓和180V~300V交流電壓輸入，12.3V/243.9A輸出。
左：三款不同輸出功率的電源內部對比 右：電源輸出端 圖源：@機魂
PAC3000S12-T1是如何實現功率密度高達6.114W/mm3的呢？透過以上三款華為伺服器電源內部對比發現，這三款底面PCB的大小是一致的，900W和1200W的電源內部空間看起來比較寬裕，並且都接入了較大的鋁基散熱板，增強電源系統的散熱效能。而3000W的電源內部取消了散熱板的設計，採用了PCB橫、豎拼接的方式，將有限的空間利用率提至最高，並且塞滿元器件，在電源輸出側還採用了MLCC電容疊焊的設計，從整體來看這款電源非常緊湊。
俯視面圖 圖源：@機魂
由於這款電源的內部空間有限，設計師儘可能地為其他元件預留充足的空間，將兩個PFC電感設計為一個整體，共用一組磁芯，合封在一起。這也是功率高密度的一個體現。
從這款電源的外觀、元器件佈局來看，雖然很緊湊，但是一點不亂，這也體現了華為PCB設計工程師水平之高，既要考慮元器件佈局時的電磁相容問題，又要考慮如何佈局才能使電源體積更小，僅在這一部分就花費了不少的心血。
深入電源內部，瞭解電源框架與用料
在系統電路方面，這款3000W伺服器電源採用了PFC+LLC的電源架構。這款電源採用的PFC拓撲為交錯式圖騰柱PFC，圖騰柱PFC是一種新的PFC形式，是目前已知的電路拓撲中使用元件最少的，與傳統PFC拓撲相比，導通損耗更低、轉換效率更高。
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在圖騰柱PFC部分共採用了12顆MOSFET，其中高頻橋臂使用了8顆氮化鎵MOSFET，據博主推測這8顆氮化鎵MOSFET為GaN Systems的GS66516T 650V增強型氮化鎵MOSFET，採用了低電感的GaNPX封裝，導通電阻僅為25mΩ。低頻橋臂使用了導通電阻為28mΩ的4顆矽基MOSFET，型號為英飛凌的IPT60R028G7 最大導通電壓為650V，這些MOSFET都是透過兩兩並聯，互相交錯連線的。PFC主控晶片為ST專門針對數字電源轉換應用的STM32F334。
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LLC電路採用的是LLC諧振半橋結構，使用了4顆與PFC電路同型號的氮化鎵MOSFET。輔助電源使用的是英飛凌的準諧振反激 PWM 控制器ICE2QR2280G，這款控制器具備了數字頻率降低功能，能夠在負載減小時保證執行的穩定性，同時在轉換效率和抗電磁干擾方面均有不錯的表現。12V輸出使用的是東芝的N溝道MOSFET，導通電阻僅為0.41mΩ。
透過拆解發現，華為的這款電源用料十足，共堆了12顆氮化鎵MOSFET，GS66516T在元器件交易平臺的售價顯示為275元每顆，僅僅12顆氮化鎵MOSFET總價值就達到了3300元，華為的堆料能力真的是把小編給折服了，嚴重懷疑設計師在設計這款電源時沒有考慮成本。
散熱與效率
電源在工作時會持續發熱，隨著溫度的升高，電源的效能也會受到影響，電源元件壽命也會縮短，最終可能導致系統故障。因此電源的熱管理十分關鍵。
圖源：@機魂
透過電源拆解發現，電源內部竟沒有安裝散熱片，散熱全靠電源輸入端旁的12V/4A的風扇完成，該風扇在滿轉速的情況下可達4W轉，畢竟這款電源輸出功率高達3000W，產生的熱量不可小覷。但是不足之處就是在大轉速下，風扇的聲音也會很大。
下“重本”的電源效率為何僅有96%呢？由於散熱採用的是12V/4A的風扇，在執行狀態下風扇的損耗是很大的。以及由於輸出電流高達243.9A，因此在同步整流環節的導通損耗非常高，同時，當243.9A大電流經過變壓器時也會產生很高的銅損。這三個方面的損耗是這款電源的效率提不上去的主要原因。
結語
雖說這是一款幾年前的產品，但在大功率、高密度、高效率方面都能夠滿足現在伺服器電源的發展需求，再加上錯落有致的元器件佈局，可以看出華為的研發團隊還是相當有實力的。
