當(dāng)前，AI應(yīng)用的加速落地帶來(lái)了功耗的大幅提升，直接推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心電源需求的增長(zhǎng)。根據(jù)國(guó)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(tái)A100 GPU服務(wù)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(duì)電源供應(yīng)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(guān)系著數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行的穩(wěn)定可靠性。

一、數(shù)據(jù)中心電源類(lèi)別及發(fā)展趨勢(shì)

數(shù)據(jù)中心電源主要包括服務(wù)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(wù)器電源

在AI服務(wù)器中，GPU、CPU和AI加速芯片對(duì)供電的穩(wěn)定性和效率要求極高。服務(wù)器通常采用高效的DC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)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(guān)鍵元件。

隨著服務(wù)器功率預(yù)算增加而體積保持不變，功率密度要求將變得更加嚴(yán)格。新開(kāi)發(fā)的服務(wù)器電源單元（PSU ）增加到近 100W/in3。未來(lái)，服務(wù)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(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的算力需求。通過(guò)拓?fù)浜驮夹g(shù)演進(jìn)來(lái)提高轉(zhuǎn)換器效率，是實(shí)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(guān)鍵作用。當(dāng)市電出現(xiàn)故障或電壓異常波動(dòng)時(shí)，UPS 能夠在瞬間切換至電池供電模式（無(wú)縫供電），確保數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵設(shè)備（如服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(yīng)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(dá)95%以上，能有效降低數(shù)據(jù)中心的能耗。據(jù)相關(guān)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(wú)逆變器，MTBF（平均無(wú)故障時(shí)間）也比UPS高30%以上。隨著數(shù)據(jù)中心對(duì)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(chǎng)需求將持續(xù)增長(zhǎng)。

4、模塊化/分布式DC電源

為了應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)中心對(duì)電源系統(tǒng)高可靠性、靈活擴(kuò)展、能效優(yōu)化和運(yùn)維效率等核心挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器還會(huì)采用模塊化設(shè)計(jì)的分布式電源系統(tǒng)。模塊化電源不僅能動(dòng)態(tài)適配算力需求，通過(guò)冗余架構(gòu)實(shí)現(xiàn)故障隔離，提升系統(tǒng)可靠性，還可根據(jù)實(shí)際負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整在線(xiàn)模塊數(shù)量，提升運(yùn)行效率。

數(shù)據(jù)中心應(yīng)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(chǔ)元件作用重大，其利用電磁感應(yīng)原理，阻止電流突變，穩(wěn)定電流輸出，在電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)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(duì)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?gòu)?fù)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(yīng)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(jí)噪聲，同時(shí)采用低漏磁設(shè)計(jì)，減少對(duì)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(dāng)前國(guó)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(kāi)關(guān)頻率達(dá)MHz級(jí)別，采用低損耗磁芯，以支持高效DC-DC轉(zhuǎn)換。電感器需進(jìn)行耐高壓隔離設(shè)計(jì)，避免高壓擊穿風(fēng)險(xiǎn)。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(shí)，電感器需滿(mǎn)足低寄生電容需求，減少高頻諧振問(wèn)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(shè)計(jì)，具有高功率密度，在有限空間內(nèi)能處理100A以上電流，同時(shí)滿(mǎn)足低諧波失真需求，通過(guò)鐵氧體磁芯結(jié)合多繞組設(shè)計(jì)可優(yōu)化濾波效果。應(yīng)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(shí)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(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)化與熱插拔設(shè)計(jì)需求，電感參數(shù)嚴(yán)格一致，能適應(yīng)密閉空間散熱，工作溫度范圍擴(kuò)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(shù)可提升電感器瞬態(tài)響應(yīng)能力。

數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)及技術(shù)特點(diǎn)（根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料整理）

三、數(shù)據(jù)中心電源電感需求趨勢(shì)

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

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(duì)電感器提出高功率密度需求。電感在服務(wù)器電源設(shè)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(lái)越多地使用GaN、SiC等寬禁帶半導(dǎo)體器件，需要電感能支持這些高頻器件，同時(shí)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(wù)器、AI加速卡都趨向于在有限空間內(nèi)集成更多計(jì)算單元，對(duì)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(shí)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(zhǎng)期處于運(yùn)行狀態(tài)，不允許斷電或宕機(jī)。除了采用冗余設(shè)計(jì)、備用電源等方式，對(duì)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(dá)嘉電感助力數(shù)據(jù)中心電源效率提升

作為行業(yè)領(lǐng)先的磁性元件技術(shù)供應(yīng)商，科達(dá)嘉專(zhuān)業(yè)為客戶(hù)定制電感產(chǎn)品解決方案?？七_(dá)嘉自主研發(fā)的電感產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于AI服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心電源、通訊設(shè)備中。

針對(duì)數(shù)據(jù)中心電源對(duì)電子元器件的高性能需求，科達(dá)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(gè)產(chǎn)品系列?？七_(dá)嘉電感器飽和電流最高可達(dá)350A，電源轉(zhuǎn)換效率高達(dá)98%，工作溫度最高可達(dá)165℃，產(chǎn)品通過(guò)AEC-Q200可靠性測(cè)試認(rèn)證，可應(yīng)用于嚴(yán)苛復(fù)雜的工作環(huán)境。

依賴(lài)專(zhuān)業(yè)的電感設(shè)計(jì)能力及強(qiáng)大的生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢測(cè)能力，科達(dá)嘉為服務(wù)器電源、UPS電源等提供多品類(lèi)、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(duì)數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)使用的電感推薦型號(hào)如下：

科達(dá)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(yīng)用頻率寬、寬工作溫度范圍等特點(diǎn)，滿(mǎn)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(jié)構(gòu)、抗電磁干擾性能強(qiáng)、低直流電阻、大電流、低磁芯損耗等特點(diǎn)，滿(mǎn)足數(shù)據(jù)中心電源對(duì)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(jié)構(gòu)，抗電磁干擾性能強(qiáng)，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(dá)嘉專(zhuān)為服務(wù)器電源而自主研發(fā)設(shè)計(jì)，具有全屏蔽結(jié)構(gòu)，抗電磁干擾性能強(qiáng)，優(yōu)良的直流偏置能力等特點(diǎn)；高頻大電流電感系列專(zhuān)為大電流電源應(yīng)用而設(shè)計(jì)，高能量存儲(chǔ)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(dá)嘉電感在數(shù)據(jù)中心交換機(jī)、路由器、存儲(chǔ)系統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)中也有廣泛應(yīng)用,包括大電流電感、一體成型電感、共模/貼片電感等多個(gè)類(lèi)別，可根據(jù)客戶(hù)實(shí)際需求靈活定制產(chǎn)品。詳情請(qǐng)咨詢(xún)科達(dá)嘉銷(xiāo)售人員或前往科達(dá)嘉官網(wǎng)查詢(xún)。

審核編輯 黃宇