隨著信息技術的迅猛發展，數據中心的能耗問題日益突出。據預測，到2030年，全球將有約8%的電力被數據中心消耗掉。而在實際運行中，許多數據中心的服務器平均僅使用了其額定功率的5%至15%，大部分時間處于待機或輕載狀態。因此，如何在輕載條件下提升能源利用效率，成為實現綠色數據中心的關鍵。近日，上海科技大學信息科學與技術學院智慧電氣科學中心(CiPES)王浩宇教授團隊提出了一種適用于數據中心的新型負載點電源解決方案，顯著提升輕載工況下的能效表現。
 

圖1 數據中心供電架構示意圖
 

　　跨電感電壓調節器(Trans-inductor Voltage Regulator, TLVR)(圖2)作為數據中心供電架構中最末級常用的電源拓撲，因其易于擴展和適合多相耦合的特點，廣泛應用于大電流需求的負載點供電場景。服務器長期運行在輕載狀態下，提升該工況下的轉換效率顯得尤為重要。
 

　　雖然TLVR系統通常可以采用“切相(Phase Shedding)”技術來降低輕載時的損耗，但由于各相之間存在較強的磁耦合，限制了該策略的實際效果。針對這一挑戰，王浩宇團隊設計了一種“非線性耦合電感”結構(圖3)。該電感在輕載條件下能夠自動減弱各相之間的耦合強度，同時提高電感值，從而有效降低電流紋波，提升系統效率。實驗結果表明，在一個4相、12V/1.8V、80A的TLVR系統中，新方案在輕載狀態下實現了效率提升2.5%的顯著效果。這項工作為未來數據中心實現智能化節能提供了新的技術路徑。
 

圖2 跨電感電壓調節器
 

圖3 (a)所提出的非線性耦合電感(b)效率曲線對比
 

　　相關研究成果以“Nonlinear Coupled Inductor-Based Light-Load Efficiency Boost Technique for Trans-Inductor Voltage Regulators”為題，發表在IEEE Transactions on Power Electronics上。信息學院2023級博士研究生李澤暉為論文第一作者，王浩宇教授為通訊作者，上海科技大學為第一完成單位。