台达2030W碳化硅服务器电源

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前言

本期拆解带来的是台达2030W碳化硅服务器电源，这款电源型号为DPST-2030AB D，支持100-120V和200-240V交流输入，还支持240V直流输入。直流输出电压为12.4V，输出电流161.3A，具备80PLUS白金转换效率。

这款电源采用长条形金属外壳，机身外侧设有散热风扇和电源插座，内侧设有金手指连接器，电源采用PFC+半桥LLC+同步整流架构。下面服务器电源网就带来台达这款碳化硅服务器电源的拆解，一起看看内部的设计和用料。

台达2030W碳化硅服务器电源外观

台达2030W碳化硅服务器电源采用镀锌钢板外壳。

机身正面设有接地弹片，并粘贴信息标签。

电源机身标签特写：

型号：DPST-2030AB D

交流输入：200-240V~/11A MAX.50-60Hz

交流输入：220-240~/10A MAX 50-60Hz

直流输入：240V⎓/10A MAX

直流输出：12.4V⎓/161.3A

交流输入：100-120V/10A MAX.50-60Hz

直流输出：12.4V⎓/64.5A

电源输入端设有散热风扇，品字插座和LED指示灯。

贴纸标注电源品牌，型号，序列号和输入规格。

电源LED指示灯特写。

输出端设有散热格栅和金手指。

壳体背面设有接地弹片。

壳体侧面设有锁定卡扣和固定螺丝。

另一侧壳体使用螺丝固定。

测得电源模块长度约为199.6mm。

电源模块宽度约为73.7mm。

电源模块厚度约为38.6mm。

电源模块拿在手上的大小直观感受。

测得电源模块重量约为934.5g。

台达2030W碳化硅服务器电源拆解

看完了台达这款服务器电源的外观展示，下面就进行拆解，一起看看内部的方案和用料。

首先拧下固定螺丝，拆开电源外壳，壳体内部粘贴麦拉片绝缘。

PCBA模块使用螺丝固定在壳体内部。

拧下固定螺丝，取出PCBA模块，壳体内部设有麦拉片绝缘。

输入端设有小板，焊接保险丝，安规X2电容，Y电容，滤波电感。安规X2电容来自实全电子，规格为0.1μF。

蓝色Y电容来自TDK，料号CD332M。

另一颗Y电容料号相同。

滤波电感采用漆包线绕制，底部设有电木板绝缘。

保险丝外套热缩管绝缘。

导线焊接连接到电源PCBA模块供电。

PCBA模块正面一览，右侧为交流输入端，设有压敏电阻，安规X2电容，共模电感，整流桥。向左设有高压滤波电容，PFC和LLC开关管，PFC升压电感。中间位置设有谐振电容和谐振电感小板。高压滤波电容粘贴胶带绝缘。

上方位置设有控制小板，左侧上方设有辅助电源小板，下方设有滤波电感，滤波电容和LLC变压器。变压器两侧设有同步整流小板，小板焊接铜片载流。

PCBA模块背面设有PFC控制器，电压比较器，驱动器，隔离驱动器，理想二极管控制器和输出控制管。

输入端设有压敏电阻，安规X2电容，共模电感，Y电容。

侧面设有同步整流小板，谐振电感，PFC升压电感和整流桥。

另一侧设有压敏电阻和控制小板。

输出端设有辅助电源小板，同步整流小板和滤波电容小板。

焊接拆下变压器，滤波电容小板，辅助电源小板，控制小板，高压滤波电容，开关管和整流桥散热片，继续进行拆解。

压敏电阻来自TDK，料号S14K350，用于吸收过压浪涌。

安规X2电容来自华容，规格为1μF。

共模电感采用漆包线绕制，内部设有塑料板绝缘，底部设有电木板绝缘，并打胶固定。

蓝色Y电容来自华新科，料号AC472M。

另一颗Y电容料号相同。

整流桥来自新电元，型号LL25XB60，规格为600V25A，采用5S封装。

PFC控制器来自意法半导体，型号STM32G474CBT6，内置ARM Cortex-M4 MCU，主频为170MHz，集成FPU和DSP，内置128KB FLASH和128KB SRAM，具备标准和高级通信接口，采用LQFP48封装。

电压比较器来自意法半导体，丝印K512，型号LM293ST，为低功耗双路电压比较器，采用Mini-SO8封装。

驱动器来自意法半导体，型号PM8834，为双路低侧驱动器，具备4A输出能力，采用MSOP8L-EP封装。

同步降压芯片来自芯源系统，丝印AEL，型号MP2314，支持4.5-24V输入电压，输出电流2A，芯片内置开关管，开关频率500kHz，采用TSOT23-8封装。

33μH降压电感特写。

运放来自意法半导体，丝印K402，型号TS321AILT，为低功耗单运放，采用SOT23-5封装。

PFC开关管来自英飞凌，丝印65C7019，型号IPW65R019C7，NMOS，耐压700V，导阻19mΩ，采用TO-247封装。

PFC整流管来自科锐，型号C3D10065A，为碳化硅肖特基二极管，规格为650V 10A，采用TO-220-2封装。

PFC升压电感采用漆包线绕制，底部设有电木板绝缘。

贴片电流互感器用于检测PFC开关管电流。

两颗5mΩ取样电阻用于输入电流检测。

旁路二极管来自达尔，型号S8KC，规格为800V 8A，采用SMC封装。

继电器来自宏发，型号HF46F-G/12-H1T，为超小型中功率继电器，内置一组常开触点，具备10A触点切换能力，线圈电压12V。

与继电器并联的热敏电阻来自TDK，用于抑制电容充电的浪涌电流。

高压滤波电容来自红宝石，为MXK系列超小型电解电容，规格为450V820μF。

10A贴片保险丝用于LLC级过流保护。

LLC开关管来自英飞凌，丝印60C7040，型号IPP60R040C7，NMOS，耐压650V，导阻40mΩ，采用TO-220封装。

隔离驱动器来自思佳迅，型号Si8233AD，为双路独立驱动器，芯片具备4A驱动能力，支持24V供电电压，符合UL1577认证，具备5kVrms隔离能力，采用SOIC-16WB封装。

谐振电容焊接在垂直小板上。

谐振电感采用利兹线绕制。

变压器初级采用利兹线绕制，并设有电流互感器，次级采用铜片焊接，上下设有同步整流小板。

同步整流管来自英飞凌，丝印07N04LS6，型号BSC007N04LS6，NMOS，耐压40V，导阻0.7mΩ，采用TDSON-8FL封装。

小板内侧设有3颗同型号的同步整流管。

MLCC滤波电容特写。

另一侧设有同型号的同步整流管。

内侧设有同型号的同步整流管。

滤波MLCC电容特写。

输出滤波电感特写，磁芯缠绕胶带绝缘。

蓝色Y电容料号CT7 471KB。

同步整流管驱动器采用意法半导体PM8834。

滤波电容来自贵弥功，为PSG系列导电性高分子固体铝电解电容器，规格为2700μF16V。

理想二极管控制器来自德州仪器，型号TPS2411，是一颗全功能N+1和ORing电源轨控制器，支持0.8-16.5V总线电压范围，采用TSSOP14封装。

用于输出电流检测的贴片电阻特写。

输出控制管来自东芝，型号TPHR6503PL，NMOS，耐压30V，导阻0.41mΩ，采用SOP Advance封装。

PCBA模块背面也设有贴片电阻用于输出电流检测。

背面输出控制管型号相同。

二极管来自扬杰科技，型号GS3JB，规格为600V 3A，采用SMB封装。

TVS来自意法半导体，丝印DX，型号SM6T15A，反向截止电压15V，采用SMB封装。

输出滤波电容来自贵弥功，规格为16V330μF。

辅助电源小板设有电源主控芯片，光耦和滤波电容。

另一面设有同步整流控制器，同步整流控制器，供电控制管，初级开关管。

电源主控芯片来自台达，料号DAP030H，采用SOIC-14封装。

开关管来自英飞凌，型号SPD06N80C3，NMOS，耐压800V，导阻900mΩ，采用TO252-3封装。

平面变压器磁芯特写。

亿光EL1013光耦用于输出电压反馈。

同步整流控制器来自安森美，型号NCP43080，支持反激，正激和LLC应用，具备自动轻载模式，具备自适应栅极驱动钳位，支持1MHz开关频率，采用SOIC-8封装。

同步整流管来自英飞凌，型号BSC520N15NS，NMOS，耐压150V，导阻52mΩ，采用TDSON-8封装。

滤波电容来自贵弥功，为PXJ系列导电性高分子固体铝电解电容器，规格为220μF16V。

供电控制管来自英飞凌，型号BSC018NE2LS，NMOS，耐压25V，导阻1.8mΩ，采用TDSON-8封装。

4.7μH滤波电感特写。

运放采用意法半导体TS321AILT。

电压比较器来自意法半导体，丝印K511，型号TS391ILT，为低功耗单路电压比较器，采用SOT23-5封装。

控制小板内侧设有实时微控制器，存储器，运放，电压比较器，数字隔离芯片。

控制小板外侧设有同步降压芯片，电流检测芯片和运放。

实时微控制器来自德州仪器，型号TMS320F28069PNT，为C2000系列32位微控制器，芯片内部集成32位CPU，主频为90MHz，集成FPU和CLA。芯片内部集成128KB FLASH和50KB SARAM，采用LQFP80封装。

20.00MHz时钟晶振特写。

存储器来自意法半导体，丝印432RT，型号M24C32-RDW6TP，容量为4KB，支持1.7-5.5V工作电压，采用TSSOP8封装。

数字隔离芯片来自德州仪器，型号ISO7762，是一颗高性能6通道数字隔离器，具备4个正向通道和2个反向通道，支持100Mbps传输速率，隔离等级高达5000VRMS，支持2.25-5.5V工作电压，采用SOIC16封装。

运放来自德州仪器，型号LM2902KAV，是一颗四通道通用运算放大器，具备改进的ESD，采用TSSOP14封装。

电压比较器采用意法半导体LM293ST。

运放来自意法半导体，丝印K403，型号LM2904ST，为低功耗双运放，采用MiniSO8封装。

运放来自德州仪器，型号OPA2188，为低噪声，轨到轨输出，36V零漂移运算放大器，采用SOIC8封装。

电流检测芯片来自德州仪器，丝印SEF，型号INA213，是一颗26V耐压，双向高精度电流感应放大器，采用SC70封装。

同步降压芯片采用芯源系统MP2314。

33μH降压电感特写。

二极管来自达尔，型号B340A，为肖特基二极管，规格为40V 3A，采用SMA封装。

散热风扇来自奇宏电子，型号DBPU0428B2SY013，规格为12V⎓4.35A，中国制造，并设有静叶片。

全部拆解一览，来张全家福。

服务器电源网拆解总结

最后附上台达2030W碳化硅服务器电源的核心器件清单，方便大家查阅。

台达这款碳化硅服务器电源型号为为DPST-2030AB D，支持100-120V和200-240V交流输入，支持240V直流输入。直流输出电压为12.4V，输出电流161.3A。机身外侧设有散热风扇和电源插座，内侧设有金手指连接器。从机身内侧吸入空气，流过电源内部，从外侧吹出进行散热。

服务器电源网通过拆解了解到，台达这款电源采用PFC+LLC+同步整流架构，使用意法半导体STM32G474CBT6用于PFC控制，使用PM8834驱动器驱动英飞凌IPW65R019C7开关管，使用科锐C3D10065A碳化硅二极管。

LLC采用德州仪器TMS320F28069PNT控制器，使用思佳迅Si8233AD隔离驱动器驱动英飞凌IPP60R040C7开关管，使用意法半导体PM8834驱动英飞凌BSC007N04LS6同步整流管。使用德州仪器ISO7762进行隔离通讯。电源采用日系电容滤波，内部做工用料扎实。

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来源：电力电子技术与新能源

台达_SST中辅助电源变压器的绝缘结构设计

摘要：随着电压等级的提升，用于固态变压器（ Solid State Transformer ， SST ）中进行独立供电的辅助电源变压器的绝缘问题日益突出，若绝缘设计不当，会引发严重局部放电，从而导致绝缘老化失效，影响电气设备正常运行。为此，作者提出一种采用带内金属屏蔽绝缘线与磁环组合的技术方案，它既能均匀化电场分布，增加局部放电水平，又能减小变压器占用体积，提高系统功率密度。通过对比分析所提辅助电源变压器与现有一级辅助电源变压器在电场分布和体积占用方面的特性，验证该文方案在优化电场分布（最大电场值降低 65% ）和缩小变压器体积（占用空间体积节省约 1/3 ）等方面的显著优势。固态变压器（ Solid State Transformer ， SST ），亦称电力电子变压器（ Power Electronic Transformer ，PET ），是一种融合电力电子技术与高频变压器的新型电力电子设备，兼具电气隔离、电压变换及功率调节与控制等多重功能优势 [1-3] 。 SST 的典型应用场景包括交直流混合微电网、电动汽车充电站和数据中心电源等。与传统工频变压器相比， SST 显著提升了系统的性能、效率和可靠性，同时支持多种附加功能。目前，中压大容量级联型固态变压器多采用模块化的输入串联输出并联技术（ Input Series Output Parallel ， ISOP ）。在此框架中， SST 系统的输入端连接中压交流，输出端为低压直流电 [4-10] 。系统由多个功率模块级联组成，每个模块包含一个 AC/DC 变换电路和一个提供电气隔离的 DC/DC 变换电路。辅助电源是确保 SST 成功启动和平稳运行的关键部件。传统设计通常从功率模块内部取电，无须考虑隔离问题，设计简单且经济。然而，这种方法难以满足未来的新增功能需求，例如热插拔操作期间实现系统侧旁路开关供电等。因此， SST 系统需要采用具有中压隔离能力的独立辅助电源，以满足安全性和功能的双重需求。独立辅助电源通常从市电取电，它不仅为功率模块供电，还需同时为显示触摸设备供电，是安全特低电压（ Safety Extra-low Voltage ， SELV ）电路。随着电压等级的不断提升，为在中压模块与外部辅助电源之间提供有效隔离并确保人身安全，变压器需满足更高的隔离要求。根据 IEC 61800-5-1 标准，SELV 电路与高压电路之间需达到保护隔离等级（ Pro －tective Separation ）。这可通过以下方式实现： ① 双重绝缘或加强绝缘； ② 基本绝缘外加接地屏蔽； ③ 限制过电压或过电流的电路设计。此外，为提高系统的功率密度，要求隔离变压器设计紧凑，尽可能减少体积占用。为满足上述要求，辅助电源变压器通常采用双重绝缘或基本绝缘外加接地屏蔽的绝缘方式，这对应现有的 2 种主要设计方案 [11-12] 。方案一为普通绝缘线对两级磁环进行串联的设计，其中每一级磁环均为基本绝缘，以形成双重绝缘结构，其示意图如图 1 所示。电路的最左端为 SELV 电路，最右侧为处于不同电压水平的多个高压（ HighVoltage ， HV ）功率模块。普通绝缘线的结构如图 1 中插图所示，中间为导电芯线，外部包裹绝缘层，其工作电压等级可达几十千伏。该方案的不足之处包括： ① 由于采用两级磁环隔离，如图 1 所示，每一级磁环之间（如 l 4 ）及磁环与环境和 SELV 电路之间（比如 l 1 、 l 2 和l 3 ）需保留足够的电气间隙和爬电距离，这显著增加了系统的空间占用。 ② 受限于第一级磁环的设计（例如散热需求），第二级允许串联的负载数目较少，因此需要配置多个 SELV 电路以满足供电要求。 ③ 两级磁环串联对应两次能量传递，降低了供电效率。方案二为现有一级辅助电源变压器设计，其特点是低压线与接地金属管共同穿过多个磁环。相比方案一，该方案的隔离级数由两级减少为一级，从而提高了供电效率，减小了体积并减少了零部件数量，其结构如图 2 所示。电路的最左端为 SELV 电路，最右端为级联的 HV 功率模块，中间为磁环隔离部分。接地金属管（铝管）穿过磁环并位于磁环中心位置，初级线穿过接地铝管，构成基本绝缘外加接地金属屏蔽的绝缘结构。初级线的工作电压等级为几十伏。然而，该方案仍存在不足： ① 磁环灌封工艺限制了磁芯材料的选择，且灌封材料的应力通常会显著增加磁芯损耗，同时不利于磁环散热。 ② 接地铝管暴露于空气中，为满足安规要求，其与高压侧之间（如图 2 中的 l 1 所示）需保留较大的电气间隙和爬电距离，进一步增加了空间需求。为了同时实现减小辅助电源变压器体积和提高效率的目标，本文提出了一种全新的一级变压器隔离方案：基于带内金属屏蔽绝缘线与磁环组合的技术。本文首先设计了这种新型绝缘结构，随后通过与现有一级辅助电源变压器结构进行对比，系统分析了其电场分布特性和体积占用情况。1 辅助电源变压器的绝缘结构设计图 3 为带内金属屏蔽绝缘线穿过多个磁环窗口的结构设计。磁环通过磁环骨架固定，绝缘线、磁环窗口和磁环骨架成同心结构，并且绝缘线贯穿多个磁环（图中示例为 3 个）及磁环骨架。磁环骨架安装于具有不同电压水平的功率模块的同一侧。相比于现有一级辅助电源变压器，该设计摒弃了灌封处理，从而大幅提高了磁环的散热性能。图 4 展示了单个磁环绝缘结构的截面示意图，结构从磁环中心沿径向依次包括：一次侧绕组芯线、固体绝缘层 1 、接地屏蔽层、固体绝缘层 2 、空气 2 、磁环和二次绕组。绝缘线由芯线、固体绝缘层 1 、接地屏蔽层及固体绝缘层 2 组成。固体绝缘层 1 用于耐受一次侧绕组芯线相对于接地屏蔽层的电压，该电压一般较低，约为几十伏的电压等级；固体绝缘层 2 可耐受二次侧绕组或磁环相对于接地屏蔽层的电压，该电压为SST 系统的工作电压，最高可达几十千伏。图 5 （ a ）和（ b ）分别为现有一级辅助电源变压器和本文设计的辅助电源变压器的结构简化示意图。现有设计的绝缘结构由内向外依次为：芯线、空气 1 、接地屏蔽层（接地铝管）、空气 2 、固体绝缘层 2 和磁环。而本文设计中，空气 1 被固体绝缘层 1 替代，同时空气 2与固体绝缘层 2 的位置互换。固体绝缘层的材料可选用聚乙烯、聚氨酯或硅橡胶等有机高分子材料，具有优良的绝缘性能。 2 变压器绝缘结构的电场分析2.1 变压器绝缘结构的电场设计准则辅助电源变压器为同轴结构，其电场分布可通过高斯定理和电场 - 电压关系描述，基本公式如下 2.2 变压器绝缘结构的电场仿真分析绝缘结构的改变会显著影响电场分布，该部分对现有一级辅助电源变压器和本文设计的辅助电源变压器进行了仿真对比分析。接地金属屏蔽层（或接地铝管）的外半径为 5 mm ，固体绝缘层 2 的厚度为 5 mm ，磁环内半径为 17 mm ，固体绝缘材料的相对介电常数ε r 为 3 ，在外加电压 15 kV 条件下，电场分布如图 6 （ a ）和图 6 （ b ）所示。为了直观比较 2 种绝缘结构中的电场幅值，图 7展示了从圆心沿径向（ x 轴）的电场幅值变化曲线。现有一级辅助电源变压器在绝缘结构内侧（接地铝管外表面，横坐标 5 mm ）电场强度最大，为 2.9 kV/mm ，而在外侧电场强度较小（小于 0.5 kV/mm ），电场分布极不均匀。相比之下，本文设计的辅助电源变压器最大电场位于固体绝缘层 2 与空气 2 的界面（横坐标 12 mm ），为 1.9 kV/mm ，内侧电场强度仅为 1.2 kV/mm 。本文设计使电场分布更加均匀，最大电场值降低 65% ，由2.9 kV/mm 减小至 1.9 kV/mm ，大幅提升了变压器的局部放电水平。 2.3 变压器占用体积分析对于 13.8 kV 的中压绝缘系统，安规标准规定的电气间隙和爬电距离分别为 152 mm 和 203 mm 。现有一级辅助电源变压器中，接地铝管与高压侧的距离（如图 2 中的 l 2 ）需至少为 152 mm ，加上磁环自身体积，变压器总宽度约 200 mm 。本文设计采用固体绝缘层 2 包覆低压侧芯线，不受上述安规标准限制，磁环和支架总宽度约为130 mm 。相比现有设计（包括一次侧绕组、接地铝管、磁环及其灌封材料、磁环骨架），本文设计变压器节省约 1/3 的占用空间，显著提高了辅助电源的功率密度。3 结论本文提出的带内金属屏蔽绝缘线穿过磁环的结构设计，使辅助电源变压器的电场分布更加均匀，显著提高了局部放电性能。在典型的结构尺寸设计中，变压器中的最大电场值降低了 65% ，由 2.9 kV/mm 降至 1.9 kV/mm ，优化了绝缘结构的电场分布。相较于现有的一级辅助电源变压器，本文提出的带金属屏蔽线与磁环组合的方案无须满足高压侧与接地屏蔽层之间的安规距离，从而有效减小了变压器的体积。对于 13.8 kV 电压水平的设计，该方案能够节省约 1/3 的绝缘结构占用空间，提高了 SST 系统的功率密度。说明：本文来源网络；文中观点仅供分享交流，不代表本公众号立场，转载请注明出处，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。来源：电力电子技术与新能源