Los métodos de administración de energía y BLDC trifásico para enfriamiento reducen el uso de energía del centro de datos. Esta nota de aplicación describe varias estrategias de ahorro de energía y revisa algunos de los productos Allegro que admiten estas tecnologías.
El crecimiento global de las granjas de servidores informáticos y el tráfico de Internet ha provocado que esta infraestructura consuma la producción mundial de energía a un ritmo acelerado. En la actualidad, se estima que los 500 000 centros de datos y los 32 millones de servidores individuales del mundo consumen el 1,5 % de la electricidad mundial, o alrededor de 300 TWh al año (Ref. 1).
Ya logrando mejoras significativas en la eficiencia, la atención ahora se centra en la administración térmica y de energía a nivel de los componentes del servidor, especialmente en los propios ventiladores de refrigeración integrados, que consumen entre el 10 % y el 15 % de la energía total utilizada por el servidor (Ref. 2). .
Los avances recientes en la electrónica de control integrado permiten el control local de circuito cerrado tanto del suministro al servidor como de la demanda dentro del componente. Estos avances también hacen factible pasar de los motores BLDC (CC sin escobillas) monofásicos tradicionales para ventiladores a motores BLDC trifásicos de alta eficiencia, generalmente con ganancias de eficiencia de hasta un 25 %.
Los dispositivos electrónicos hacen que los componentes del servidor sean menos costosos de administrar con un impacto mínimo en las propiedades térmicas, el consumo de energía o el tamaño físico. Algunos, como el chip controlador del motor del ventilador BLDC trifásico sin sensor A4942 de Allegro MicroSystems, son lo suficientemente pequeños como para caber en la placa de circuito impreso central de un miniventilador con conductos. La placa de circuito impreso del concentrador es un pequeño sustrato en forma de anillo con un ancho efectivo de solo 5 mm que alberga el eje del rotor (Figura 1). Los circuitos integrados de supervisión, como el ACS761, brindan monitoreo y control de corriente y energía, lo que permite la administración de intercambio en caliente a nivel de servidor blade individual.
Estrategia de reducción de energía
La última generación de servidores ofrece varios enfoques nuevos para la administración de energía que pueden recuperar rápidamente los costos de conversión, a menudo en un año. Por ejemplo, los microprocesadores están diseñados para un mayor rendimiento en paquetes más pequeños, lo que requiere menos energía y genera menos calor.
Los estudios de las fuentes de calor individuales, principalmente las fuentes de alimentación, los microprocesadores y sus gabinetes han optimizado las geometrías de los disipadores de calor y los diseños de los componentes, lo que da como resultado cubiertas canalizadas que dirigen el flujo de aire laminar a través de estas áreas críticas. Esto complementa los ensamblajes de motores de ventiladores en tándem en miniatura (<40 mm) con conductos de alta eficiencia más recientes dispuestos en conjuntos en serie o en paralelo dentro de estas rutas de flujo.
Los ventiladores integrados se ensamblan en pares en tándem que comparten el mismo conducto para aumentar la eficiencia del flujo de aire y minimizar el espacio ocupado. Sin embargo, los dos ventiladores son completamente independientes con respecto a sus ejes de montaje y electrónica de accionamiento. Si bien esto puede beneficiarse del control modular, en realidad puede plantear problemas que afectan el arranque confiable del motor sin sensores. Si se deja solo, uno de los motores arrancará primero, creando un flujo de aire en el otro ventilador, arrastrando el motor e interfiriendo con la apertura. Secuencia de inicio del bucle.
Puede ocurrir un problema similar si un ventilador no deja de girar cuando se reinicia el motor. Anteriormente, este comportamiento requería un apagado completo de ambos ventiladores antes de reiniciar. El nuevo controlador de motor IC incluye un algoritmo de arranque adaptativo que puede interpretar cuándo el motor está siendo impulsado por el flujo de aire sobre las aspas del ventilador desde un ventilador en tándem, o cuando el motor y el ventilador ya están funcionando desde un ciclo de encendido anterior. aquí. Los circuitos integrados avanzados cambian la secuencia de encendido para adaptarse a esto, lo que permite que ambos ventiladores funcionen sincronizados con la máxima eficiencia durante todo el ciclo de encendido.
Sin embargo, la optimización del flujo de aire es fija y se necesitan mejoras en el sistema de control PID para optimizar el uso del ventilador en términos de velocidad y tiempo de inactividad. Muchos servidores solo se utilizan durante un período de tiempo muy corto. La energía se puede conservar durante períodos de baja demanda a través de modos de bajo consumo o modos de apagado con arranque automático.
Esto se puede lograr monitoreando el consumo de corriente del componente mientras opera. Los circuitos integrados de detección de corriente se pueden usar en la PCB dentro del servidor para aplicaciones integradas de baja corriente o en la línea de alimentación para la detección de corriente lateral alta. Estos circuitos integrados compactos utilizan el efecto Hall para medir magnéticamente la corriente, lo que elimina la necesidad de resistencias de detección que disipan el calor. Por ejemplo, un conductor integrado como el Allegro ACS758 tiene una resistencia de solo 100 μΩ, que es un orden de magnitud menor que las resistencias de detección típicas, lo que genera un ahorro de energía significativo.