科研进展 | 为绿色数据中心“减负”：上科大团队推出单级48V/1V算力电源新方案

随着人工智能与云计算技术的飞速发展，数据中心的整体能耗持续攀升。以GPU和AI加速器为代表的“大芯片”负载，其供电电流需求呈指数级增长，对传统12V供电架构提出了严峻挑战。该架构在母线损耗与配电效率方面的瓶颈日益凸显。

在此背景下，48V供电架构凭借其显著降低传输损耗、提升系统能效的优势，正逐步成为下一代数据中心电源系统的重要发展方向。然而，48V架构也对核心的电压调节模块（VRM）提出了更高的降压比要求，随之而来的是开关损耗增大、器件应力提升以及转换效率受限等一系列技术难题。

目前，业界多采用多级转换架构来实现电压适配，但此类方案存在系统复杂度高、能量传输链路长、整体效率受限等问题，难以满足高功率密度与高效率并重的工程化需求。

针对这一关键挑战，上海科技大学信息学院智慧电气科学中心王浩宇教授团队创新性地提出了一种48V单级软开关VRM拓扑方案，有望突破传统多级转换的技术瓶颈，为48V数据中心供电架构提供一条高效、简洁的新型技术路径。

该方案基于倍流整流电路（Current Doubler Rectifier, CDR），该结构在“高变比、大电流”应用场景中具有天然优势。然而，传统CDR架构的原边开关无法实现软开关，导致器件应力高、开关损耗大，进而影响系统效率与可靠性，且输出电流能力有限。

为解决这一核心问题，王浩宇团队巧妙地引入了三相Δ连接变压器与九倍流整流结构，成功构建了一种具备零电压开通（ZVS）能力的九倍流整流变换器（CNR）。该设计通过三相Δ连接变压器，以较小的环流实现了原边开关的ZVS，有效降低了开关损耗；同时，副边的九倍流整流结构极大提升了系统的电流传输能力。

该系统采用脉宽调制（PWM）策略，支持48V–60V输入、1V-1.8V输出的宽范围调压。在48V输入、1.8V输出的工况下，其峰值效率高达95.86%；在满载180A时，效率仍能达到94.29%，性能显著优于现有方案，为绿色数据中心的建设与发展提供了强有力的技术支撑。

相关研究成果以”A 95.86%-Efficient 48V/1.8V ZVS Voltage Regulator Based on Current Ninefold Rectifier”为题，发表于电力电子国际期刊IEEE Transactions on Power Electronics。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。

图1. CNR变换器

论文链接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/11483346

供稿 | 王浩宇课题组