电感器在数据中心电源系统中的应用及选型-海口c网

当前，AI应用的加速落地带来了功耗的大幅提升，直接推动了数据中心电源需求的增长。根据国际能源署2023年的数据，全球数据中心能耗占比已超全球电力消耗的3%，单台A100 GPU服务器峰值功耗已经突破10kW。数据中心功耗的大幅提升，对电源供应的质量与数量都提出了全新挑战。作为数据中心电源电路中的重要元件之一，电感器选型关系着数据中心电源系统转换效率和运行的稳定可靠性。

一、数据中心电源类别及发展趋势

数据中心电源主要包括服务器电源、UPS不间断电源、高压直流电源、分布式电源/模块化电源等。

1、服务器电源

在AI服务器中，GPU、CPU和AI加速芯片对供电的稳定性和效率要求极高。服务器通常采用高效的DC-DC转换器来提供稳定的电压输出，而电感器是DC-DC转换器中不可或缺的关键元件。

随着服务器功率预算增加而体积保持不变，功率密度要求将变得更加严格。新开发的服务器电源单元（PSU ）增加到近 100W/in3。未来，服务器电源将朝着更高功率密度、更高转换效率、更智能化管理的方向发展，以满足不断增长的算力需求。通过拓扑和元件技术演进来提高转换器效率，是实现高功率密度的解决方案。

2、UPS电源

UPS不间断电源在保障数据中心持续供电方面发挥着关键作用。当市电出现故障或电压异常波动时，UPS 能够在瞬间切换至电池供电模式（无缝供电），确保数据中心的关键设备（如服务器、存储设备、网络设备等）不受影响。

3、高压直流电源HVDC

HVDC（高压直流）供电系统在数据中心等应用中具有显著的节能效果。由于HVDC省去了传统UPS的逆变环节，转换效率可达95%以上，能有效降低数据中心的能耗。据相关数据显示，高压直流电源的转换效率比传统 UPS 方案提升5%以上。另外，HVDC因无逆变器，MTBF（平均无故障时间）也比UPS高30%以上。随着数据中心对节能减排和可靠性要求的不断提升，高压直流电源的市场需求将持续增长。

4、模块化/分布式DC电源

为了应对数据中心对电源系统高可靠性、灵活扩展、能效优化和运维效率等核心挑战，数据中心服务器还会采用模块化设计的分布式电源系统。模块化电源不仅能动态适配算力需求，通过冗余架构实现故障隔离，提升系统可靠性，还可根据实际负载动态调整在线模块数量，提升运行效率。

数据中心应用原理图

二、数据中心电源系统电感需求

在数据中心电源系统中，电感器作为基础元件作用重大，其利用电磁感应原理，阻止电流突变，稳定电流输出，在电源转换过程中发挥着关键作用，影响着电源系统的能效和稳定性。不同的电源电路对电感器的需求有所不同。

在交流电源（AC）系统中，电感器主要用于功率因数校正（PFC）电路和EMI滤波，PFC电感需承受高频（几十kHz至MHz）下的瞬态电流，避免磁芯饱和，电感采用金属复合磁芯材料，具有高饱和电流、低磁芯损耗、高温度稳定性等电气特性。应用于EMI滤波的电感器需要具备高频噪声抑制功能，共模电感需抑制MHz级噪声，同时采用低漏磁设计，减少对敏感电路的干扰。

直流电源（DC）系统包括两种情况：一是HVDC（高压直流）系统，当前国内典型电压为240V。二是分布式DC电源（如48V直供）。高压直流电源要求电感器具备高频特性，开关频率达MHz级别，采用低损耗磁芯，以支持高效DC-DC转换。电感器需进行耐高压隔离设计，避免高压击穿风险。电感器具备大电流承载能力，持续大电流工作环境下保持低温升。同时，电感器需满足低寄生电容需求，减少高频谐振问题。分布式DC电源则要求电感器具有小体积、高功率密度和低DCR，以减少整体损耗。

电感器在UPS系统中主要用于逆变器输出滤波、电池充放电管理电路。逆变器输出滤波要求电感器采用紧凑型设计，具有高功率密度，在有限空间内能处理100A以上电流，同时满足低谐波失真需求，通过铁氧体磁芯结合多绕组设计可优化滤波效果。应用于UPS电源的电感还需要耐脉冲电流，在电池瞬态充放电时需具备抗饱和特性，因此，UPS系统需选择紧凑型、高饱和电流的电感器。

模块化与分布式电源系统要求电感器满足标准化与热插拔设计需求，电感参数严格一致，能适应密闭空间散热，工作温度范围扩展至-40°C~+125°C，除了传统的大电流电感、一体成型电感，采用TLVR（跨电感稳压）技术可提升电感器瞬态响应能力。

数据中心电源架构及技术特点（根据网络资料整理）

三、数据中心电源电感需求趋势

随着数据中心设备高算力、高功率密度、高频化、集成化趋势，电感器呈现以下发展趋势：
1、是高功率密度。AI数据中心算力硬件的功率不断提高对电感器提出高功率密度需求。电感在服务器电源设备有限空间中要能承载更大功率，并且要提升耐高温能力。

2、是高频低损耗。数据中心PSU越来越多地使用GaN、SiC等宽禁带半导体器件，需要电感能支持这些高频器件，同时降低磁芯损耗，提高系统的转换效率。

3、是小型化和集成化。AI数据中心中，服务器、AI加速卡都趋向于在有限空间内集成更多计算单元，对于包括电感在内的元器件都有小型化需求，而在体积缩小的同时还要提高功率密度。

4、是高可靠性。数据中心电源系统长期处于运行状态，不允许断电或宕机。除了采用冗余设计、备用电源等方式，对元器件的可靠性和温度稳定性要求极高，选用的电感器也必须具备高可靠性。

四、科达嘉电感助力数据中心电源效率提升

作为行业领先的磁性元件技术供应商，科达嘉专业为客户定制电感产品解决方案。科达嘉自主研发的电感产品广泛应用于AI服务器、数据中心电源、通讯设备中。
针对数据中心电源对电子元器件的高性能需求，科达嘉自主研发了高饱和大电流电感、低损耗轻薄型一体成型电感、适合高密度贴装的贴片功率电感、低感量功率电感、高频大电流电感等多个产品系列。科达嘉电感器饱和电流最高可达350A，电源转换效率高达98%，工作温度最高可达165℃，产品通过AEC-Q200可靠性测试认证，可应用于严苛复杂的工作环境。

依赖专业的电感设计能力及强大的生产制造、产品检测能力，科达嘉为服务器电源、UPS电源等提供多品类、低损耗、高效率、高可靠性电感器，助力数据中心电源整体效率提升。