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POWER
INTERMEDIATE-BUS
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- ELETTRONICA OGGI 450 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2015
server una richiesta di potenza di picco che si approssima a
5 kW per blade.
La dipendenza delle perdite di corrente dalla distanza com-
porta un riesame delle modalità di distribuzione della potenza
attraverso un sistema. Attualmente un gran numero di sistemi
utilizza una tensione del bus intermedio di 12V che è converti-
ta in prossimità del carico al valore delle tensioni richieste dal
core o dagli I/O. Questa tensione era particolarmente adatta
per i progetti delle precedenti generazioni, dove il consumo
di ciascun blade era di molto inferiore a 500W. Spesso erano
usate tensioni di valore inferiore, fino a 6V in alcuni casi, per
ridurre le perdite imputabili alla conversione verso il basso
(step-down). Sistemi di dimensioni maggiori potrebbero uti-
lizzare tensioni del bus intermedio di valore più elevato,
fino a 15V, per garantire un distribuzione più efficiente
senza incorrere in perdite troppo elevate imputabili alla
conversione verso il basso.
In parecchi sistemi si preferiva adottare un valore di
12V per la tensione intermedia per sfruttare appieno i
vantaggi offerti da sottosistemi e componenti standard
(COTS). A quei tempi erano pochi i sistemi che regolava-
no la tensione in base all’architettura del sistema a cau-
sa dei costi legati alla ri-progettazione dei controllori di
potenza analogici, anche se una regolazione più precisa
della tensione del bus intermedio poteva contribuire ad
aumentare l’efficienza grazie a un miglior bilanciamento
tra le perdite di conversione e di distribuzione.
Anche con tensioni del bus intermedio comprese tra 12
e 15V, i blade che assorbono potenze di parecchi kW
richiederanno la distribuzione attraverso la scheda e il
backplane di correnti dell’ordine di 100A (e anche su-
periori). Ciò comporta l’integrazione all’interno della
scheda PCB di strati di rame più spessi e, in alcuni casi, l’uso
di busbar (barrette) di rame aggiuntive per garantire una di-
stribuzione dell’elettricità su un percorso a bassa impedenza
al fine di limitare le perdite di potenza.
A causa degli elevati livelli di corrente in gioco, nel caso di
blade che consumano 1kW (o più) è necessario ricorrere a
più convertitori DC/DC collegati in parallelo. Essi occupano
molto spazio a bordo della scheda, fatto questo che tende a
complicare il raffreddamento del sistema.
Aumentare la tensione del bus intermedio
Per limitare le perdite provocate dalla distribuzione di cor-
renti di valore elevato, le aziende che sviluppano sistemi
stanno valutando l’opportunità di utilizzare tensioni del
bus intermedio più alte, spesso abbinata a una distribuz-
ione a 400 VDC attraverso la centrale telefonica o il data
center, per sfruttare le fonti di energia rinnovabili e utiliz-
zare un’infrastruttura elettrica più semplice rispetto alle
architetture basate sulla alimentazione AC (Fig. 1).
Portare il valore della tensione di bus intermedio fino a 48
VDC sembra essere una buona scelta per ridurre le perdite
di distribuzione in quanto la tensione rimane, con un ottimo
margine di errore, all’interno dei limiti SELV (Safety Extra Low
Voltage) di 60V previsti da IEC (International Electrotechnical
Commission) nel caso di sottosistemi accessibili all’utente.
L’adozione di una tensione intermedia di 48V comporta un
vantaggio immediato in termini di efficienza, riducendo di
un fattore pari a quattro la corrente distribuita alle schede
presenti all’interno del sistema. Nel caso di una scheda che
consuma 5 kW (di picco), la corrente fornita resterà notevole
ma sarà possibile ridurre il numero di convertitori DC/DC da
utilizzare in parallelo. In termini di efficienza, una tensione del
bus intermedio più alta può garantire risparmi dell’ordine del
10% rispetto a un sistema che sfrutta una tensione del bus
intermedio di 12V.
Vincoli tecnologici
Una delle ragioni per cui i produttori di sistemi non sono già
passati all’uso di una tensione di 48V è essenzialmente di na-
tura tecnologica. I convertitori DC/DC tradizionali non sono
in grado di gestire facilmente gli elevati rapporti di tensione
richiesti per fornire tensioni inferiori a 1V a elevata corrente
a partire da una sorgente a 48V. I tradizionali convertitori an-
alogici sono caratterizzati da un rapporto di 10:1, mentre nei
sistemi per data center e telecom ad alte prestazioni il rappor-
to richiesto è pari a 50:1. In ogni caso hanno iniziato a fare la
loro comparsa sul mercato soluzioni che adottano tecniche
avanzate che permettono di eseguire in maniera molto effici-
ente la conversione verso il basso.
Fig. 2 – Con lamodulazione PWM, per bassi duty cycle il tempo di “on” può essere
molto ridotton