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面向数据中心应用的高效电源测试

上架时间:2026-03-20
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数据中心正经历快速演变。人工智能服务器及大型语言模型训练每机柜功耗可达数百KW,远*传统企业服务器的能耗水平。同时,物联网与大数据服务因其产生的海量数据,进一步推高了机柜密度与散热需求。正如国际能源署行业报告指出,随着人工智能和高性能计算时代的到来,数据中心能耗正呈爆发式增长。这推动着电源架构创新与高效供电方案的发展。设计者如今不仅需要平衡峰值供电能力,还必须统筹每个机柜的能效表现与热管理约束。

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图1:展示了2020年至2030年间全球数据中心按设备划分的电力消耗增长趋势(基准情景)

随着全球企业竞相部署大规模人工智能工作负载,数据中心建设正迎来爆发式增长,其规模令人震惊。据报道,微软正投入约800亿美元建设支持人工智能的数据中心;而OpenAI及其硬件合作伙伴已签署了数千兆瓦级别的协议,计划部署完整的人工智能园区。这些企业承诺正在全球范围内催生专门建造的高功率数据中心建设热潮,这些站点已经开始重塑地方经济、电网格局和互联网基础设施版图。多项新标准和行业倡议正印证这一趋势。

开放计算项目

Open Compute Project,简称OCP面向数据中心应用的高效电源测试-2.png

数据中心行业***(Meta、微软、谷歌等)制定的OCP规范要求采用标准化、高效且模块化的机架组件。这些规范对电源效率、物理形态规格及能源再利用提出了新要求。OCP着重于减少能源浪费,并支持符合IEA标准的灵活可组合机架设计。因此,测试工程师必须确保新型电源单元PSU在实际负载条件下满足这些OCP标准。

80 PLUS红宝石认证面向数据中心应用的高效电源测试-3.png

新兴的80 PLUS Ruby(或称Titanium+)认证针对数据中心电源设定了**的效率标准(关键负载点效率约≥96%)。该标准要求电源在50%负载下至少达到95.5%的效率,并在高压条件下轻载时保持90%的效率。实现Ruby级效率需要对损耗机制进行精细验证,您的设备必须能够达成这些微小的损耗指标。

直流电网与微电网集成

*大规模数据中心正开始采用更高电压的直流配电系统(例如800V直流架构)及现场直流微电网,以提升整体效率。NVIDIA等企业正在研发介于设施电源与服务器机柜之间的800V/1500V(未来趋势)中间直流母线。这带来了新的测试场景:需要测试高压直流-直流转换器以及为机柜内50V负载供电的逆变器模块。简而言之,当前电源测试范围已覆盖从50V负载轨到千伏级直流电网的完整谱系。

这些趋势中的每一项都带来了测试挑战,包括大电流(数百至数千A )、高电压(高达2000伏)以及高功率(高达2MW)、能量回馈流动、快速瞬态负载响应和**的效率测量。泰克公司很早就意识到了这一市场变化。泰克EA系列大功率直流电源和负载专为满足这些新的数据中心需求而优化。该系统可测试是否符合OCP和80 PLUS标准,支持新一代直流架构,并简化了其他传统设备难以实现的严格效率与可靠性测试。

关键应用场景

几个具体的测试场景展示了数据中心电源测试对专用设备的需求。我们简要概述了泰克解决方案所应对的*重要案例:

1

800V系统的高功率测试

新一代AI电源机架采用约800V直流中间总线。在这些高电压下运行的电源设备可提供数百KW甚至MW级的功率。例如,一台800V的1MW PSU,电流约为1250A。验证此类单元需要额定电压*过800V且能处理数百KW功率的测试设备。泰克 EA 10000系列模块(如EA-PUB和EA-PUL 11000-160)直接满足这些需求。这些单元在6U机架内提供高达1000V、160A的60KW功率,并可并联实现更高功率输出。

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图2:端到端数据中心电源架构---从13.8千伏交流电网输入,到约800伏直流中间母线,再经隔离式DC-DC转换至 54/12伏输出线路。新一代AI电源机架需要额定电压*过800伏的专用大功率测试设备,以验证数百千瓦级别的PSU。

2

电源架/电源系统测试

数据中心机架常采用电源架架构(多个PSU并联供电至总线,具备冗余功能)。测试整个电源架需应对**的累积电流。_例如,一个电源架可能并联四个20KW的PSU,在48V电压下输出80KW功率(电流*过1600A )。测试台可采用三台EA-PSB 10080-1000设备并联运行(3×30KW=90KW,总电流容量3000A)来提供负载。_每台设备既可并联输出电流,也可分别独立测试单个PSU。其多通道模块化特性使适配变得简便:机架线缆只需分流至各PSU或输入端即可。

3

PSU效率验证

数据中心电源必须在各负载范围内达到高效率目标。为符合80 PLUS Ruby或OCP标准的测试涉及测量微小损耗(通常<5%的输出功率)。借助泰克 EA电源与回馈式负载,可在不散发多余热量的情况下量化损耗。工程师能够扫描负载电流并与输入电流进行对比。EA-PSB系列设备95.5%的回馈能力意味着几乎所有输入功率都可用于测试。相比之下,传统的回馈单元约92%的效率会浪费MW级输入中约80KW的功率——导致测试成本高昂。这种高效率设计既简化了红宝石级规范的达标验证流程,又在市场上*越了其他竞争对手。

4

VRM(电压调节模块)测试

在服务器内部,电压调节模块(VRM)将48V电压降至CPU/GPU所需的1V供电轨。VRM工程师需要在48V输入和数百安培电流条件下测试模块。EA-ELR 10080-1000可通过提供遵循CPU功耗轨迹的快速可编程电流消耗,模拟VRM输出端的服务器负载。同时,EA-PSB则模拟为VRM供电的48V电源。这种双设备配置可验证VRM如何处理负载瞬变(从空闲状态到满载的斜坡上升)及其对整体效率的贡献。由于GPU可能在毫秒级时间内突然吸收或释放约500A电流,此类测试能力**重要。

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图3:板级高密度服务器电源电子设备,其中精密稳压与快速瞬态响应需求,驱动了下一代数据中心对PSU(电源供应单元)和VRM(电压调节模块)进行**测试的必要性。

5

生产线终端测试

PSU的大规模生产要求测试设备具备高吞吐量。一个测试平台可能需要每小时驱动数十台设备,这要求自动化的切换功能并能够同时处理多个待测设备(DUT)。**泰克EA的测试系统凭借其紧凑的模块化设计和易于堆叠的特性,允许从单个机架并行测试多个电源单元。PSB 20000系列采用三路输出设计,仅需单台设备即可同时测试三个独立被测单元。**通过软件界面可快速为不同测试方案重新配置设备,从而**化吞吐量。同时,得益于能量回馈设计,即使机架持续进行测试,采用交流系统的工厂仍能保持可控运行。

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泰克解决方案概述与优势

泰克EA系列提供专为数据中心PSU设计的回馈式电源与负载。

*高能量回收效率

EA-PSB系列双向电源在理想条件下可实现高达95.5%的能量回馈至电网。实际上,这意味着测试过程中能源(及热量)浪费大幅减少。更低的浪费意味着更低的冷却需求与运营成本。例如,在1MW测试级别,相较于传统的92%能效的设备,EA电源更高的效率可节省约30-40KW电力。在长期测试过程中,这将是相当可观的节电量。

模块化与可扩展性

EA产品系列覆盖了从数百瓦到数MW的功率范围。每个模块(例如EA-PSB 11000-80 4U)均采用紧凑型设计,可并排安装于机架中。模**块支持并联以倍增电流输出,或串联以倍增电压。**实践中,这意味着可以根据需求快速构建测试系统——例如从单个30 kW模块到总计3.84 MW的多机架系统。模块化设计还允许在测试需求变更时直接替换更高功率单元,无需购置整套全新测试平台。

宽电压范围

泰克EA系列模块可无缝覆盖从低到高的电压应用,标准单元的输出电压范围覆盖60V至2000V。如需更高电压,可将两个单元串联堆叠,**可达3000V。这意味着系统能够测试从48V电压调节模块到新兴的800V-1500V直流总线电源在内的所有设备。因此,单次投资即可适配未来多种数据中心电源架构。

大电流能力

部分数据中心负载需要极大的电流。泰克的EA-PSB和ELR 10080-1000型号可在单个4U机架单元内提供高达1000A 的电流(通过并联这些模块可实现更高电流负载)。举例而言,测试50V、600A的供电轨已相当于30KW功率。竞品可能需要两台独立设备才能达到600A,这将使投资和运营成本翻倍。而单机解决方案可实现更简洁的测试配置,同时降低资本支出。

水冷系统及安全考量

数据中心工程实验室或生产车间可能相当炎热。泰克EA系列为其许多大功率型号设备提供水冷配置的选项。水冷技术提高了可靠性,大幅减少了热量散发,使设备能在不过热和低噪音的环境下以全额定功率运行。这在实验室环境和生产中进行长时间测试时是一个显著优势。它还能降低可闻噪声,营造更好的工作环境。此外,泰克EA电源包含可编程安全功能(报警条件和限制)以保护被测设备。在实验室或生产车间,这些因素**重要,因为合规和可靠性是首要考虑。

软件与控制

所有设备均配备直观的控制软件和标准接口(包括以太网、USB、EtherCAT等)。工程师可编写复杂测试序列脚本、执行远程监控,并与自动化测试台架集成。结合每台设备配备多个独立通道等功能,这种软件灵活性进一步提升了测试吞吐量。

我们致力于为用户提供“**”的解决方案:为应用场景提供电压、电流与效率的**匹配。

明星产品推荐 

EA-PSB 10080-1000(4U)

双向直流电源。能够在低压下提供高达1000A的30kW输出。在负载模式下,它能够吸收来自被测设备的电能并回馈至电网。该设备非常适合测试48V PSU。其95.5%的效率显著降低了测试能耗。

EA-ELR 10080-1000(4U)

额定功率30KW、**电流1000安的可编程直流电子负载。它能在PSU或电池备份单元 (BBU)模拟服务器负载曲线,快速切换负载电流以模拟CPU/GPU的动态特性,支持恒流、恒功率及自定义波形模式。

EA-PUB 11000-160(6U)

泰克EA工业系列高压直流电源。该设备可提供高达1000 V的电压,输出功率达60KW。此型号适用于极高电压的直流机架供电需求(例如,为800V直流母线供电或为高压直流电源单元放电)。它具有高度稳定性和**控制能力,适用于新型转换器模块的特性测试。

自动化模块化机架系统

借助灵活且模块化的EA机架系统产品组合,可在单个42U机架内集成高达300KW的功率。这使得设备能够在配备急停链和绝缘监测等可选安全附件的安全外壳中使用。

EA Elektro-Automatik

AI和HPC技术已彻底改变数据中心电力设计格局,测试设备必须同步革新。泰克正提供这种新一代测试能力。泰克旗下EA Elektro-Automatik产品系列将**效率(回馈效率高达95.5%)、宽广的电压/电流范围与模块化灵活性融合于成熟易用的平台中。这意味着数据中心电源制造商和系统设计者既能满足开放计算项目和80 PLUS Ruby能效标准、应对新型直流架构,又能实现更低的长期运营成本。


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瑞泰凯博致力于为用户提供先进的测试产品、高效的解决方案和增值服务。业务涵盖测试仪器销售,计量校准、维修维护、产品培训以及专业的产品选型与系统集成测试解决方案,主营品牌有泰克(Tektronix)、吉时利(KEITHLEY)、福禄克(FLUKE)、德图(Testo)等国内外知名品牌电子测量仪器。

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