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史上最多通道计量芯片BL0950助力“新基建”数据中心智能PDU产品

2020-06-09 17:21:32

             建设绿色数据中心是构建新一代信息基础设施的重要任务,是保障资源环境可持续的基本要求。为此相关机构于2019年初联合发布了《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》,对加快现有数据中心节能挖潜与技术改造、提高资源能源利用效率提出了非常明确的要求,于2020年3月明确表示要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设(简称“新基建”)进度,又一次强调要加快新型基础设施建设。而大数据中心作为在产业数字化转型的重要组成部分,也成为中国七大“新基建”重点建设单元之一。
            传统的PDU(Power Distribution Unit,电源分配单元),也就是我们常说的机柜用电源分配插座,其主要功能是为机柜式安装的电气设备提供电力分配,一直是数据中心的重要的设备。但是在绿色数据中心的建设中,随着能源监控、大数据分析等技术的普及,传统的PDU已经逐渐不能满足绿色数据中心的需要。因此在实际需求的作用下,智能PDU逐渐崭露头角。智能PDU除了满足原有的电力分配功能外,还要实现温湿度检测、远程监控、分路检测电流、电压电能等功能,并且智能PDU可以通过对分配出的每一路电流、电压、电能进行采集和统计,既能实现精确的能源管控,也对后期数据实行了网络汇总,实现了真正意义上的大数据分析,从而可以得出每部后端设备的使用效率,最终真正地实现绿色能源管控和长效发展。
            针对于上述需求,温湿度检测和远程监控,基本可以通过在传统PDU的内部加装传感器和网络模块,并设置网络协议的方式实现。然而针对其计量功能,尤其是测量每一回路的电流、电压、电能这一环节,对现有PDU的生产厂家提出了挑战。

贝岭BL0950多路免校准电能计量芯片

图1 智能PUD的功能

其主困难在于:
1、智能PDU输出端的回路过多,如果要实现分路计量设计难度大、实现成本高。
2、现有PDU生产企业对电能计量和校准流程并不熟悉,生产难度大。
3、现有的设备中,已经有越来越多的直流设备,交直流混合计量更加增大了计量的难度。
针对上述围绕智能PDU分路计量存在的困难,上海贝岭股份有限公司最新提供了可实现多路免校准、具备交直流计量功能的物联网计量芯片BL0950,该芯片将完美地解决上述问题。
上海贝岭物联网计量芯片BL0950可实现如下功能:
1、实现智能PDU的多路计量

贝岭BL0950多路免校准电能计量芯片

图2 BL0950的多路计量模式

            图2给出的是BL0950的计量模式图示,可以看到BL0950集成了11路高精度Sigma-Delta ADC,可同时测量11路信号(电流或电压),可以选择1U10I模式,该功能有10相电能计量模式,共用1路电压,分别与10路电流产生10相电能计量,解决了现有智能PDU中使用多个计量芯片均需和MCU通信中的串扰问题。对于要求多于10相计量的PDU,可以使用多片BL0950实现。
            同时,BL0950还能够测量电流、电压有效值、有功功率、有功电能量等参数,可输出快速电流有效值(用于漏电监控、过流保护等故障检测),具备温度检测、波形输出等功能,通过UART或高速SPI接口输出数据,能够充分满足智能PDU、多路智能插座、插排的需要。
            而针对智能PDU未来可能遇到的电能质量分析问题,对于输入波形,BL0950也可以通过选择不同设置来获得全波、基波或直流有效值及功率。
2、实现智能PDU生产中的免校准
            对计量芯片而言,有功功率的测量范围和其对应的测量精度是计量芯片中最重要的两个指标,而有功功率量的测量范围由能被实际测量的电流范围所决定。因此BL0950经实际校准后,以智能PDU测量所需的最大范围5mA~50A的典型应用为例,外部在选择1mohm合金电阻作为采样元件的情况下,在小电流区间(交流5mA~50mA),有功功率误差可以控制在±0.5%以内;在大电流区间(交流50mA~50A),有功功率误差可以控制在±0.1%以内。
            而为了方便智能PDU厂家的批量生产,BL0950更是提供了生产过程免校准的解决方案。具体而言,是在BL0950内置了OTP校表参数烧写区域,芯片在出厂前已按批次将增益误差控制在小于0.3%内。这样在实际的生产中,智能PDU的生产企业只需根据PDU后端的电流测量范围,选择合适的采样电阻即可实现免校准。在采样元件整体精度控制在±0.5%的情况下,采用BL0950免校准生产,理论上功率误差最高可控制在±1%以内,为智能PDU的批量生产提供了极大便利。
3、智能PDU中的直流计量
            针对智能PDU中越来越多的直流计量需要,BL0950中增加了直流检测电路后,通过数字设置可以选择直流计量的功能。在实际的直流计量中,对直流精度影响最大的是采样电路中DC offset的影响,而通过BL0950内部专有电路对DC offset的处理,可以实现较高输入动态范围内的高精度直流计量。
            BL0950内部的PGA可选1倍、2倍、8倍、16倍增益,以对应不同的外部传感器。不同量程下BL0950的输入动态范围都可达到2000:1。如PGA选16倍增益情况下,芯片输入信号测量范围为20uV~40mV,实际测量结果表明,整个输入动态范围内,最小输入信号的测量误差都可以控制在1%以内。
            考虑到DC offset对直流计量的影响,并且针对DC offset对温度的敏感性,BL0950片内集成了温度传感器,可以进一步消除DC offset的温漂效应,客户如有要求可以使用。
另外,BL0950具有较好的出厂一致性。用户应用过程中,外围PCB的不同布局对直流小信号测量会带来一定的影响,通常需要客户自行校准。BL0950的产品的良好一致性,可以方便客户的批量生产。
             综上,上海贝岭新的十相(11通道,1U10I)物联网计量产品十分适合智能PDU产品的需求,为下一阶段“新基建”数据中心建设的大规模开展提供了新的解决办法。

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