データセンター & AI インフラ向け電力変換

AI、ハイパフォーマンス・コンピューティング、クラウドサービス、データ集約型アプリケーションの急速な普及により、データセンターや AI インフラにおける電力需要が急速に拡大しています。ラック電力と計算密度が高まるにつれ、各変換段階はシステム効率、熱負荷、電力密度、信頼性に悪影響を及ぼします。

RECOM は、データセンターおよび AI 向け電源アーキテクチャを支援する AC/DC および DC/DC 電力変換ソリューションを提供しています。これには、48VDC クラス配電のための AC/DC 変換、新興アーキテクチャ向けの高圧 DC 入力変換、中間バスおよび基板レベル DC/DC 変換、ポイント・オブ・ロード調整、さらに必要に応じて監視・制御機能を備えた補助電源が含まれます。

最新のデータセンターや AI コンピューティング・システムは、分散電源アーキテクチャを採用し、入力電源から個々の電子負荷までエネルギーを効率的に運びます。システムによっては、電源チェーンに双方向 AC/DC 変換、AC/DC または DC/DC による 48VDC クラスのラック／システムバス電源、中間バス変換、ローカルでのポイント・オブ・ロード調整が含まれます。配電電圧を高くすると、同じ電力レベルでの電流が小さくなり、抵抗損失と導体要件を低減できます。

48VDC クラスの配電は、従来の低電圧バスに比べて同じ電力を大幅に低い電流で供給できるため、現在のデータセンターやラック・アーキテクチャで広く採用されています。48VDC クラスレールへの高効率変換は、変換損失と発熱を抑えつつ、下流の DC/DC 段にとって実用的な中間電圧を提供するのに役立ちます。対応する電源は、スタンバイ・レール、リモートオン／オフ、状態信号、監視・制御用のデジタルインターフェースも提供できます。多くのラックレベル・システムでは、ホットスワップ対応のバックプレーン接続型パワーシェルフが標準です。そのため RECOM のソリューションは、ラック用パワーシェルフそのものの直接的な代替ではなく、主に選択された下流段、基板レベル、および補助電力変換段に位置づけられます。

AI ラック電力の急速な増加により、高電圧 DC 配電への移行が加速しています。新興の 800VDC アーキテクチャは、配電電流、導体要件、および施設と高密度コンピューティング機器間の電力変換段数を削減するため、開発・標準化が進められています。800VDC レールに直接接続される電力変換には、該当する連続動作電圧とシステム絶縁要件に対応するよう設計されたコンバータ・アーキテクチャが必要です。高い絶縁試験電圧だけでは、800VDC レールからの動作への適合性を示すものではありません。

太陽光発電や ESS（エネルギー貯蔵システム）バッテリは本質的に DC であるため、高圧 DC/DC 変換はこれらの電源をより低い機器レベルの DC レールと接続し、確立された 48VDC クラスアーキテクチャから高電圧データセンター配電への移行を支援できます。エネルギー貯蔵コンバータ、太陽光インバータ、高圧コンバータなどの関連パワーエレクトロニクス・システムも、制御、監視、ゲート駆動回路用の絶縁型補助電源を必要とする場合があります。

AI 電源アーキテクチャの進化に伴い、複数の DC/DC 変換段が高圧配電、48VDC クラスの中間レール、基板レベル・エレクトロニクスに必要な低圧レールを橋渡しする場合があります。ラックレベルまたはシステムレベルの配電の後、DC/DC コンバータはバス電圧を中間レールおよびローカル電源レールまで降圧します。一般的な例は、48VDC クラスバスからより低い中間電圧への変換であり、その後、負荷の近くで追加の調整が行われます。この段階では、変換損失がシステムから除去すべき熱を直接増大させるため、高効率、電力密度、過渡応答、熱性能が重要です。

アーキテクチャに応じて、絶縁型コンバータが電圧領域を分離できる一方、コンパクトな SMD スイッチングレギュレータや非絶縁型パワーモジュールは、コントローラ、FPGA、ネットワーキング、ストレージ、その他のデジタル・エレクトロニクス向けのローカルレールを生成できます。パワー IC と適合トランスを組み合わせたディスクリート電源ソリューションは、コンパクトな絶縁型補助電源および基板レベル DC/DC 変換の代替アプローチを提供できます。

データセンターや AI インフラ機器では、メインのコンピューティング負荷とは独立して動作し続ける可能性のある、システム管理、監視、通信インターフェース、冷却制御などの機能用に、補助電源とスタンバイ電源も必要です。PMBus や CAN などのデジタルインターフェースを備えた電源は、選択した製品でこれらの機能が利用可能な場合、リモート監視、設定、障害報告をサポートします。N+1 冗長電源、OR-ing モジュール、e – ヒューズは、障害時や停電時の電力可用性を確保します。