EN
GYORS LINKEK
A nagy mesterséges intelligencia-modellek gyors bővülése és a számítási fürtök méretének növekedése miatt az MI-adatközpontok egyre szigorúbb teljesítmény- és megbízhatósági követelményeket támasztanak a lítium-ion akkumulátoros biztonsági és energiatároló rendszerekkel szemben. Mivel a lítium-akkumulátoros biztonsági tápegység központi vezérlőközpontjaként működik, a telepvezérlő rendszer (BMS) végzi a cellák állapotának figyelését, a töltés/kisütés védelmét, a cellák kiegyenlítését, a hibajelzést és a biztonságkezelést érintő alapvető funkciókat. Ennélfogva belső összetevőinek megbízhatósága közvetlenül meghatározza az adatközpontok folyamatos áramellátását és üzemeltetési biztonságát. A saját mágneses maganyag-összetételekre és az induktorkészítés területén szerzett 25 évnyi technikai tapasztalatra támaszkodva, Codaca bevezetett egy külön sorozatú teljesítmény-induktort az MI-adatközpontok biztonsági BMS-alkalmazásaihoz. Ezek a komponensek közvetlenül kezelik a kulcsfontosságú mérnöki kihívásokat – például a kétirányú nagyáram-ugrásokat, a magasfrekvenciás hullámzó interferenciát, az éven át tartó folyamatos üzemelést és az adatközpontok környezetében fellépő súlyos környezeti hőmérséklet-ingadozásokat – így megbízható mágneses megoldásokat nyújtva az MI-adatközpontok energiatároló és biztonsági tápellátási architektúráihoz.
1. Új alkalmazási kihívások a biztonsági BMS számára az MI-adatközpontokban
Az AI-szerverek GPU-s számítási terhelése millisekundumos, heves ingadozásokat mutat, és a pillanatnyi teljesítménynövekedés akár többszörösére is emelkedhet a állandósult üzemi terheléshez képest. A hagyományos, központosított UPS-architektúrák kizárólagos alkalmazása gazdasági és működési szempontból is kihívást jelent ezeknek a dinamikus terhelésjellemzőknek a követésében. Ennek eredményeként a litium-akkszerű biztonsági akkumulátor egység (BBU) megoldások váltak az újonnan épülő AI-adatközpontok (AIDC) fő technikai architektúrájává. A litium-ion biztonsági tápegység egység biztonsági magjaként a Batteria Kezelő Rendszer (BMS) széles körben alkalmaz teljesítmény- és jelinduktorokat belső DC-DC feszültségátalakító moduljaiban, aktív cella-kiegyenlítő áramkörökben és jel-szűrő hálózatokban. Az induktorok teljesítményhiányai vagy alkatrészhibái közvetlenül okozhatnak BMS-tápellátási anomáliákat, cella-kiegyenlítési hibákat és SOC-becslési hibákat. Extrém üzemeltetési körülmények között ezek a problémák vészhelyzeti akkumulátorvédelmi leállítást válthatnak ki, ami végül a szerver leállásához és a számítási szolgáltatás megszakadásához vezet.
Az átlagos ipari energiatároló BMS-ekkel összehasonlítva az AI-adatközpontokhoz szükséges tartalék BMS-ek több egyedi tervezési nehézséggel járnak:
(1) Kétirányú átmeneti nagyáram-ugrások: A tartalék tápegységrendszereknek rövid időn belül nagy teljesítményt kell szolgáltatniuk, valamint hozzájárulniuk a csúcsfogyasztás csökkentéséhez. Súlyos di/dt terhelésátmenetek esetén az induktoroknak ellenállniuk kell a nagy amplitúdójú impulzusáramoknak és a magas csúcstúlterheléseknek. Amennyiben mágneses magtelítés lép fel, az BMS-tápegység-hibát és hamis védőkikapcsolási eseményeket eredményezhet.
(2) Folyamatos, egész évben tartó üzem: Mivel az adatközpontok 8–10 éves élettartamra tervezettek, a tápegység-induktorok egész üzemidejük alatt folyamatos terhelésnek vannak kitéve. Ez szigorú követelményeket támaszt a DCR rézveszteséggel, a mágneses magveszteséggel és a hosszú távú hőmérséklet-emelkedés stabilitásával szemben, és abszolút mentességet követel meg az életkorral járó teljesítménycsökkenéstől vagy hőmérsékleti meghibásodástól.
(3) Súlyos EMI-környezet sűrű szerverrácsokban: A nagy sűrűségű szerverkabinetek számos szilícium-karbidos (SiC) és gallium-nitriddel (GaN) működő kapcsolóüzemű tápegységet tartalmaznak, amelyek intenzív, magasfrekvenciás kapcsolási zajt generálnak. A BMS-ben az analóg bemeneti egység (AFE) mintavételezési és feszültség/áram-érzékelési áramkörök rendkívül érzékeny jeleket kezelnek. Az el nem zárt vagy rosszul lezárt tekercsek mágneses fluxus-szivárgása zavarhatja ezeket a mintavételezési utakat, ami hibás töltöttségi állapot (SOC) és élettartam-állapot (SOH) számításokhoz vezethet, végül veszélyeztetve az akkumulátor biztonságát.
(4) Széles hőmérséklet-tartományban történő fedélzeti üzemelési körülmények: A BMS nyomtatott áramkörös lapjain (PCB-k) gyakran lokális hőfoltok alakulnak ki, ezért a fedélzeti alkatrészeknek stabil elektromos paramétereket kell fenntartaniuk egy széles hőmérséklet-tartományban, -40 °C és +125 °C között. Különösen fontos, hogy a teljesítménytekercsek szaturációs áram-csökkenése minimális legyen emelt üzemhőmérséklet mellett, így biztosítva a megbízható áramkör-működést.
(5) Nagy teljesítménysűrűségű hardverelrendezések: A szerverrácsok helyigénye korlátozott, ami folyamatosan növeli a BMS vezérlőkártyák integrációs sűrűségét. Ennek következtében az áramellátó tekercseknek egyidejűleg magas áramerősség-vezető képességgel és miniaturizált felületre szerelhető (SMD) csomagolással kell rendelkezniük, miközben teljesítik a szigorú nyomtatott áramkörös (PCB) szintű mechanikai feszültség- és rezgáscsillapítási előírásokat.
2. Az áramellátó tekercsek központi szerepe az AI-adatközpontok lítium-akkszerű biztonsági BMS-rendszereiben
Az AI-adatközpontok lítium-akkumulátoros biztonsági BMS-architektúráiban az áramellátó tekercseket elsősorban az áramátalakító fokozatokban, a cellák kiegyenlítési áramkörében és a jel-szűrő részáramkörökben alkalmazzák. Mindegyik fokozat működési stabilitása közvetlenül befolyásolja a biztonsági tápegységrendszer általános megbízhatóságát és biztonságát.
(1) Fővezérlő DC–DC tápellátási áramkör
A BMS főlap mikrovezérlője (MCU), az analóg előerősítő (AFE) integrált áramkörök, a mintavételi műveleti erősítők és a kommunikációs interfész adó-vevők több, a fő akkumulátorbusz feszültségéből buck/boost DC-DC konverterek segítségével generált, stabil alacsonyfeszültségű tápfeszültségi sínt igényelnek. A tápelemezek, mint alapvető energiatároló és szűrőelemek, tiszta, stabil tápfeszültségi síneket biztosítanak a BMS vezérlőegységek számára. Ha egy tekercs telítődik vagy rendellenes teljesítményveszteséget mutat, az destabilizálhatja a BMS elsődleges tápellátását, ami közvetlenül a kritikus akkumulátor-figyelési és védelmi funkciók elvesztéséhez vezethet.
(2) Aktív kiegyenlítő áramkör
Mivel az AI-háttértáppanel-modulokban nagy a cellák száma, a cellák egységessége fokozatosan romlik a hosszú távú töltési és kisütési ciklusok során. Az induktor-alapú aktív kiegyenlítő topológiák az energiatároló induktorokat használják az egyes akkumulátorcellák közötti energiaátvitel elősegítésére. Ezeknek az induktoroknak a paraméterstabilitása közvetlenül meghatározza a kiegyenlítés hatékonyságát és pontosságát, biztosítva az akkumulátorcsomag teljes kapacitásának kihasználását, csökkentve a cellák túltöltésének és túlkisütésének kockázatát, valamint meghosszabbítva az energiatároló akkumulátorok általános élettartamát. Gyakori aktív cellakiegyenlítő topológiák például a közvetlen transzformátor-alapú megoldások (kétirányú flyback-átalakítók), a kapcsolómátrixot és transzformátort kombináló architektúrák, valamint az izolációt nem igénylő kétirányú buck-boost induktor-alapú kiegyenlítő áramkörök. Míg az első két topológia transzformátorokra támaszkodik az egyes cellák közötti energiaátvitel végrehajtásához, a kétirányú buck-boost kiegyenlítés a szokásos buck-boost áramkör-elv alapján működik, így egyszerűbb és átláthatóbb hardvermegvalósítást nyújt. A buck-boost aktív kiegyenlítés működési elve az, hogy a töltést közvetlenül a szomszédos akkumulátorcellák között továbbítja, nem pedig az akkumulátorcsomag különböző, egymástól távol eső helyein belül mozgatja az energiát. Ez a tervezés jelentősen leegyszerűsíti a kiegyenlítő áramkörök bonyolultságát, miközben teljes mértékben kihasználja több kiegyenlítő egyidejű működését a töltés újraelosztására az egész akkumulátorláncban.
1. ábra. Kétirányú buck–boost aktív kiegyenlítő topológia
Az 1. ábrán látható módon egy kétirányú buck–boost kiegyenlítőt állítanak be minden két elem párra. A buck/boost kiegyenlítési módok segítségével két szomszédos elem között kétirányú töltésátvitelt biztosít, végül elérve az összes elem kapacitásának azonosságát. Buck kiegyenlítési módban az aktív kiegyenlítő az energiaátvitelt a felső elemtől az alsó elem felé végzi; boost kiegyenlítési módban az energiaátvitel az alsó elemtől a felső elem felé történik.
(3) EMI/EMC szűrőkör
A fő akkumulátor töltési/kisütési busz magasfrekvenciás kapcsolási hullámzást és átmeneti zajcsúcsokat mutat. A differenciális módusú tekercsek kondenzátorokkal együtt LC szűrőhálózatokat alkotnak, amelyek elnyomják a kétirányú teljesítménykapcsolás által indukált áramcsúcsokat, csökkentik a zaj csatolódását a BMS-mintavételező áramkörökbe, védelmet nyújtanak a feszültség- és áramérzékelés pontossága érdekében, és minimalizálják a State-of-Charge (SOC) becslési hibák felhalmozódását. A közös módusú tekercsek a tápellátó vezetékek mentén lévő közös módusú zaj elnyomására szolgálnak, megakadályozzák, hogy külső elektromágneses zaj csatolódjon a BMS-be, és egyidejűleg megakadályozzák, hogy a belső BMS kapcsolási zaj sugárzódjon a szomszédos berendezésekbe.
3. A CODACA magas megbízhatóságú tekercseket szállít biztonsági BMS-rendszerekhez az AI-adatközpontokban
A mesterséges intelligenciával működő adatközpontok biztonsági akkumulátor-kezelő rendszereinek (BMS) egyedi üzemeltetési igényeinek kielégítése érdekében a Codaca több szempontból optimalizálja induktoraait, ideértve a mágneses maganyag-összetételeket, a tekercselési architektúrát és a megbízhatóságra való tervezést. A Codaca termékeit az AI-biztonsági BMS-körök különböző teljesítményszintjeire fejlesztették ki, és egy átfogó, gyakorlatban már igazolt termékmátrixot kínál:
(1) Magasáramú teljesítmény induktorok
Codaca saját fejlesztésű, nagyáramú teljesítmény-induktorai alacsony veszteségű mágneses maganyagokat és lapos vezetékből készült tekercselési megoldásokat alkalmaznak, így ultraalacsony magveszteséget és kiváló puha telítődési teljesítményt nyújtanak. Az azonnali nagyáram-ugrások hatására az induktivitás értéke nem hirtelen, hanem simán és fokozatosan csökken, ezzel hatékonyan megakadályozva a teljes magtelítődéses meghibásodást hirtelen terhelésáram-csúcsok esetén. A legnagyobb telítődési áram (Isat) akár 422 A, a maximális üzemelési hőmérséklet pedig akár 170 °C lehet, így ezek a teljesítmény-induktorok különösen alkalmasak súlyos környezeti feltételek melletti üzemre – például nagy folyamatos áramterhelés és erős hőterhelés mellett. Hosszabb ideig tartó nagyáramú üzem során alacsony felületi hőmérséklet-emelkedést mutatnak, ezért ideálisan alkalmazhatók széles körű BMS áramköri topológiákban.
Ajánlott termékek: CSBX /CSBA /CPRX /CPRA /CPEX /CPEA
(2) Formára vett teljesítmény-induktorok
Codaca saját, formázott teljesítmény-induktorai alacsony veszteségű mágneses maganyagokat és egy fejlett forró sajtolásos formázási eljárást használnak, amely jelentősen csökkenti az alkatrész méretét és a teljesítményveszteséget, miközben növeli az üzemelési megbízhatóságot. Teljesen mágnesesen árnyékolt kialakításuk kiválóan alacsony mágneses fluxusszivárgást eredményez, így megakadályozza, hogy a szórt mágneses mező kölcsönhatásba lépjen az érzékeny analóg előerősítő (AFE) feszültség- és áramérzékelési jelekkel. Ez biztosítja a magas pontosságú SOC- és SOH-mérést, enyhíti a rejtett, EMI-ből eredő rendszerhibákat, és javítja az egység elektromágneses összeférhetőségét (EMC). Legfeljebb 155 °C-os maximális üzemelési hőmérsékletre és legfeljebb 98 %-os csúcsteljesítmény-átalakítási hatásfokra képesek, így ezek a teljesítmény-induktorok hatékonyan növelik a BMS-rendszer általános megbízhatóságát, miközben maximalizálják a DC-DC teljesítményátalakítás hatásfokát.
Ajánlott termékek: CSEG-H /CSEB-H /CSHB /CSAG
A közös módusú zavarok hatékony elnyomásához és az elektromágneses interferencia (EMI) hatásainak csökkentéséhez a BMS működési stabilitására a mérnököknek olyan közös módusú zavarcsillapítókat kell kiválasztaniuk, amelyeket magas impedanciájú jellemzőkkel terveztek a célzott frekvenciatartományokban. A Codaca különféle ügyfélalkalmazások igényeit kielégítő, átfogó közös módusú zavarcsillapító-megoldásokat kínál.
Ajánlott termékek: TCAB /CSTP /CHRCM /CSUC
A generatív mesterséges intelligencia robbanásszerű elterjedése miatt a központi adatközpontok tartalékenergia-tároló rendszerei gyorsan fejlődnek és frissülnek. A teljesítménybiztonság biztosításának alapvető intelligens eleme, a telepített akkumulátor-kezelő rendszer (BMS) egyre szigorúbb követelményeket támaszt a mágneses alkatrészek teljesítménysűrűségével, hosszú távú megbízhatóságával és az elektromágneses interferencia (EMI) elleni ellenállásával szemben. A Codaca húszöt éves, mély szakértelemmel rendelkezik a teljesítmény-induktorok területén, és anyagfejlesztési újításait, valamint fejlett gyártási folyamat-innovációit kihasználva komplex, BMS-specifikus induktor-megoldásokat kínál az AI-alapú adatközpontok tartalékenergia-tárolási forgatókönyveihez. A magas megbízhatóságú teljesítmény-mágneses alkatrészek segítségével a Codaca biztosítja a globális számítási infrastruktúra stabil és folyamatos működését.