随着信息技术的迅猛发展，数据中心的能耗问题日益突出。据预测，到2030年，全球将有约8%的电力被数据中心消耗掉。而在实际运行中，许多数据中心的服务器平均仅使用了其额定功率的5%至15%，大部分时间处于待机或轻载状态。因此，如何在轻载条件下提升能源利用效率，成为实现绿色数据中心的关键。近日，上海科技大学信息科学与技术学院智慧电气科学中心（CiPES）王浩宇教授团队提出了一种适用于数据中心的新型负载点电源解决方案，显著提升轻载工况下的能效表现。
图1 数据中心供电架构示意图
跨电感电压调节器（Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR）（图2）作为数据中心供电架构中最末级常用的电源拓扑，因其易于扩展和适合多相耦合的特点，广泛应用于大电流需求的负载点供电场景。服务器长期运行在轻载状态下，提升该工况下的转换效率显得尤为重要。
虽然TLVR系统通常可以采用“切相（Phase Shedding）”技术来降低轻载时的损耗，但由于各相之间存在较强的磁耦合，限制了该策略的实际效果。针对这一挑战，王浩宇团队设计了一种“非线性耦合电感”结构（图3)。该电感在轻载条件下能够自动减弱各相之间的耦合强度，同时提高电感值，从而有效降低电流纹波，提升系统效率。实验结果表明，在一个4相、12V/1.8V、80A的TLVR系统中，新方案在轻载状态下实现了效率提升2.5%的显著效果。这项工作为未来数据中心实现智能化节能提供了新的技术路径。
图2 跨电感电压调节器
图3 （a）所提出的非线性耦合电感（b）效率曲线对比
相关研究成果以“Nonlinear Coupled Inductor-Based Light-Load Efficiency Boost Technique for Trans-Inductor Voltage Regulators”为题，发表在IEEE Transactions on Power Electronics上。信息学院2023级博士研究生李泽晖为论文第一作者，王浩宇教授为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。
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