Анализ методов построения и исследование особенностей

УДК 621.382(06) Микроэлектроника
Ю.И. БОЧАРОВ, С.В. РОТНОВ1, В.Е. СОЛОВЬЕВ1
Московский инженерно-физический институт (государственный университет),
1ФГУП НИИ «Квант», Москва
АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ
ОСОБЕННОСТЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Рассмотрены особенности схемотехнической реализации вторичных источников питания (ВИП) серверов и распределенных систем электроснабжения многопроцессорных вычислительных комплексов. Приведены результаты экспериментальных исследований пусковых токов блоков питания персональных компьютеров и серверов.
Серверы и многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК)
применяются в наиболее ответственных устройствах и системах обработки информации, управления и связи, где требования по эффективности,
надежности и безопасности оказываются в ряду важнейших показателей.
Поэтому традиционные задачи обеспечения высокой удельной мощности,
надежности и устойчивости систем электропитания серверов и МВК становятся более актуальными по мере роста сложности и важности решаемых ими задач.
Основные принципы архитектурной и конструктивной реализации вычислительных средств рассматриваемого типа нашли отражение в спецификациях ЕЕВ для серверов начального уровня, МЕВ для четырехпроцессорных систем среднего уровня, НЕВ для наиболее производительных
устройств, содержащих не менее двух процессоров класса IA-64, а также в
спецификациях SSI на блоки питания: ATX12V2.0, EPS12V, EPS1U для
серверов начального уровня, ERP2U для серверов среднего уровня,
MPSV1.2 и DPSV2.0, соответственно, для монтируемых в стойку серверов
высокого класса и систем с распределенным питанием.
Анализ схемотехники блоков питания показал, что принципы построения ВИП серверов начального уровня близки к принципам построения
источников питания персональных компьютеров. Главные особенности –
в массовом применении корректоров коэффициента мощности и более
тщательной конструктивной проработке, направленной на повышение
надежности и снижение уровня электромагнитных помех.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
117
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
Рассмотрены типовые схемы блоков питания данного класса, элементная база ВИП, вопросы контроля формы потребляемого тока и особенности математического моделирования импульсных источников питания.
Для систем электропитания серверов среднего и высокого уровня с потребляемой мощностью несколько киловатт на передний план выдвигаются задачи обеспечения эффективности, достижения максимальной
энергетической плотности в минимальном объеме (достигнут уровень 2,3
кВт в корпусе формфактора 1U) или оптимизации структуры системы
электроснабжения. В рассматриваемых системах наибольшее применение
нашли системы распределенного питания (СРП). Рассмотрены типовые
структуры: традиционная СРП, архитектура с промежуточной шиной,
система с пре-регулятором, их особенности по сравнению с централизованной системой электропитания. Рассмотрены также схемотехнические
методы снижения уровня электромагнитных помех блоков питания при
сохранении их высокой энергетической эффективности, что оказывается
критически важным при создании бортовых вычислительных комплексов.
Исследование формы пусковых токов при включении блоков питания
выполнено с использованием специально разработанного устройства, которое позволяет регулировать задержку момента включения блока относительно момента перехода сетевого напряжения через ноль и формировать сигнал синхронизации для запуска процесса сбора данных в момент
подачи напряжения на исследуемый блок питания. В качестве первичных
преобразователей применены бесконтактные датчики тока. Объем выборки при каждом измерении – 1М отсчетов. Предельное разрешение – 5 нс
при длительности регистрации 5 мс и, соответственно, 10 мкс при максимальной длительности 10 с. Возможна регистрация пиковых значений
токов до 100 А. Приведены результаты испытаний блоков питания вычислительных средств высокой производительности и сравнение их с результатами компьютерного моделирования.
Список литературы
1. Vorperian V. Simplified analysis of PWM converters using the model of PWM switch:
parts I and II. – IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems. Vol. 26, N 3, pp. 490-505,
1990.
2. O’Hara M. Modelling Board Level DC-DC Converters in SPICE. – Newport Comp. Ltd.,
2003.
3. Zhu G., Iannello Chr., Kornetzky P., Batarseh I. Large-Signal Modelling of a SingleSwitch Power Factor Correction Converter. - PESC 2000, pp. 601-607.
4. Basso Chr. EMI Conducted Analysis with SPICE. – Power Systems Design, November
2002, pp. 47 - 48.
5. Basso Chr. Write your own generic SPICE Power Supplies controller models. – Intusoft,
1996.
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
118
УДК 621.382(06) Микроэлектроника
______________________________________________________________________
ISBN 5-7262-0555-3. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2005. Том 1
119