采用合适的电源连接器来增加气流

日期:2014-02-17

全新低侧高连接器能够增加通过电源的气流,超出你的想象
 
作者:Michael Bean,大电流电源全球产品经理,Molex公司
随着数据中心的规模和能耗持续增长,服务器制造商试图从他们的系统中获取尽可能多的效率。
 
为什么要扼制你的电源?
今天,系统冷却是服务器架构面对的最大挑战之一。为系统供电所生成的每100W功率,便需要另外50W来冷却它。在一般大容量服务器中,微处理器、机箱风扇和电源损耗结合在一起,占到总体服务器用能的50%-80%。假如可以实现更好的冷却效率,在能源使用方面,企业、城市和国家可以极大地受益于主要的成本节省,并且大大减少二氧化碳(CO2)的排放。
电源常常是系统冷却平衡的重要一环,也是散热设计开发的一个至关重要部分,因为它们不光是发热器,而且也必须为它们自己和其它系统的元器件提供冷却。假如电源是整个系统热动力学不可或缺的部分,那么电源连接器将成为一个非常关键的考虑因素,直接关系到效率和电源冷却。在这种情况下,连接器成为电源散热设计的一个关键部分,因为它可以更好地实现电源外壳和连接器本身的冷却。
那么连接器是如何起到如此重要的作用呢?连接器的尺寸(高度和长度)决定了电流密度,对电源外壳内的气流也具有深远影响。这看起来简单但非常合乎逻辑:气流不能被连接器阻断。气流越强,冷却越多。假如气流无法自由进入(或退出)外壳,那么再循环的增加,静止空气会增加 ,而设计受到限制。如果没有合适的连接器,内部的元器件最多只会产生有限的冷却。
让我们把一些数字放到这个重要的理论中来,以强调正确选择连接器的重要性,从而节能和效率。不过,首先我们必须建立一个“典型”的电源,例如一个1800W、12V的电源,具有87%的额定效率,运行两个并行的40mm风扇。外壳尺寸为295.0mm(长)x 106.0mm(宽)x 40.0mm(高)。我们要比较的两个连接器都具有10个电源叶片和32个信号针脚,集成在单个壳体中。其中一个连接器是标准SSI类型(Molex EXTreme PowerPlus™),尺寸为100.3mm(长)x 14.5mm(高);另一个则是Molex的低侧高型款EXTreme LPH Power™,尺寸仅为92.3mm(长)x 7.5mm(高)。注意,LPH仅为标准连接器的一半高,我们将会证明此高度差异在气流方面是巨大的优势。
我们设置了两个热模型,在每个连接器之上和周围,在非EMC边界格栅上具有60% 的自由空气比,这是给定电源的典型状况。在1800W和87%效率下,有200W热量从电源外壳排出((瓦/效率)-瓦)。由于许多制造商以20℃温升作为目标,用于额定(安全)用途,因此人们可计算出满足预期设计规范所需的基本气流。使用消散的热量和预期的温升,CFM的计算则为:
 
Q = 1.76 W / Tc
这里:
Q = 所需气流(CFM)
W = 消散的热量(W)
Tc = 高于环境的温升
1.76 = 斜率
因此,在我们的示例中,所需的气流应当为23.67 CFM,以便达到设计目标。让我们看看两种不同的连接器对于气流需求的影响。
 
图1:EXTreme PowerPlus
 
第一个示例是EXTreme PowerPlus(SSI 型款),在测量点表明是22.70 CFM,中途经过了电源,尚未达到冷却系统的目标,这要求风扇以全RPM运行来冷却电源,不允许任何附加的系统冷却 —— 使用超过需求的更多能量。
      
这里你会注意到的一件事情,就是气流设计,较高的连接器往往将气体的流动保持在外壳的上半部,而在电源的底部造成停滞的再循环空气。对于大型计算机机柜来说,再循环可能是好的,但是在电源等小型机柜中,大多数情况(甚至全部情况)气流都可能由于再循环而损失了。上面的剖视图显示使用传统的连接器出现了多少的气流阻塞,以速率轮廓为基础。图2的红色表示具有高速率的区域,这是最理想的。
 
图2:剖视图
 
 
图3:Molex EXTreme LPHPower接器
我们的第二个示例是用于相同环境的Molex EXTreme LPHPower™连接器,LPH连接器的高度只有SSI型款的一半,显示气流为25.90 CFM,相比较高的连接器增加了14%。这似乎并不是很多,但请考虑你的电源能够增加到2000W,同时保持20℃的温升而不改变散热规范或连接器的事实。额外的气流余量可让电源实现附加的系统冷却。
 
我们的LPH速率轮廓图表明设计得以大大改善,并且推动了更大的空气循环和速率,达到更低的机柜极限,这意味着可以更有效地冷却更多的元器件。
 
图4:LPH速率轮廓图
 
从以上示例你看到的效应在较小体积的850W至1200W电源上更为突出,你可能只需要在标准AC输入IEC连接器旁边塞进一个40.0mm风扇。在这些情况下,与传统类型电源连接器相比,Molex LPH连接器能够获得多出25%的气流,实现更好的机柜设计。
事实上,Molex公司推出了EXTreme Power™全系列节省空间的大电流密度电源连接器,先前名称为EXTreme Power™ Interconnect(EPIC)的EXTreme Guardian™接头和电缆组件系统就是一个最佳示例。EXTreme Guardian组件具有小封装体积,中心间距为11.00mm,该连接系统支持每触点高达80.0A电流,并且在EMI敏感环境中提供良好的屏蔽特性。此外,它还具有热插入特性和UL安全特性。
接头备有2电路、单凸缘(single-flanged)和3电路、双凸缘(dual-flanged)型款,电缆组件备有3电路、直线、屏蔽和非屏蔽类型,用于高压应用,并且具有UL触摸安全(touch-safe)特性。此外,2电路电缆解决方案包括一个直线的、右端进入和左端进入非屏蔽类型,用于安装在受限空间中的服务器,实现节省空间的连接。
此外,EXTreme EnergetiC™大电流连接器系统经特别设计,为高端数据通信OEM厂商和电源制造商提供了先进的解决方案,用于需要每湾(per bay)高达100.0A的大电流应用。它是广泛的Molex EXTreme互连产品和电源产品系列的成员,专为严苛应用而设。
EXTreme EnergetiC™ 连接器系统备有直角插头和垂直插座配置,采用4个和6个功率刀片湾,以及一个25信号湾。可以采用模块形式来设计多种配置,以满足严苛的应用需求。
 

目前,所有的行业发展趋势都是更小的空间和更多的性能,这个趋势将会延续,对散热性能和冷却效率造成了负面影响。较小的电源机柜导致需要较小型、更高速度的风扇来散热,这会增加功耗和噪声,并且降低风扇和其它内部组件的MTBF。因此,连接器的选择是每个电源的总体设计和性能规范的一个至关重要的因素。幸好,Molex公司的EXTreme Power系列提供了一组出色的解决方案,能够实现更好的电源性能,超越市场上现有的连接器产品。Molex公司现在提供EXTreme Power解决方案,可以帮助客户解决所面对的能耗和散热设计挑战,要了解更多的信息,请访问Molex公司网页www.molex.com/link/ext-power.html
 
www.molex.com
 

订阅我们的通讯!

电子邮件地址