AI数据中心电源 OCP Open Rack V3 48V 5.5kW PSU 设计规范

Open Rack V3 48V 5.5kW 整流器规范由Meta贡献到社区，用于定义 Open Rack V3 高功率机架（High Power Rack, HPR）中 48V 整流器（rectifier， PSU / Power Supply Unit）的技术要求。规范对象为插入 48V 电源架（power shelf）的单相整流模块，单机额定输出功率 5.5kW，电源架内按不低于 N+1 冗余配置多台并联运行。规范原档已上传星球：https://t.zsxq.com/p9bsy核心结论如下：功率等级由上一代 3kW 提升至 5.5kW，并配套 20mF 输出电容、10kHz 动态负载能力与 136%/160% 脉冲功率包络，整机目标指向 GPU 类重复峰值脉冲负载场景。PSU 与 BBU 之间的交接机制为「三条件逻辑 + ≥500ms 验证延迟撤销」，并明确过载与短路期间禁止触发备份投入，构成故障局部化的核心原则。保护策略统一为一次性同步重试后闭锁，闭锁由交流断电重启、重新插拔或 Modbus 命令清除，计数器在正常运行 30 分钟后清零。互操作性条款要求不同供应商的模块与电源架（含 PMM）任意混配可互换，但同一机架内全部 PSU 须为同一供应商。1 架构定位1.1 48V 架构设计整流器基于窄范围 48V 架构（narrow range 48V architecture）工作：空载输出 50V、满载输出 49V，下垂 1V，并在 150% 负载处线性外推至 48.5V。相较 Open Rack V2 的 40~60V 直流，该架构带来四项收益：电压尽可能收窄以消除过设计；广泛使能 4:1 固定比变换器与下游常规 12V PoL；功率自然流动而不依赖软件控制；整流器可采用固定电压设计。同时抬高了控制精度要求：稳态设定点精度为 ±0.25%（49V 对应 ±0.125V），动态阶跃允许的下冲/过冲 0.5~1.5V。规范因此采用「下垂 + 主动均流」双机制：下垂提供无通信条件下的天然负载分配，主动均流通过低带宽模拟总线把并联误差至 ±2%（负载 50%）。1.2 系统内各部件划分部件职责与整流器的接口PSU（整流器）AC-DC 变换、输出稳压与保护、脉冲功率缓冲、状态上报后置盲插连接器（电源脚 + 信号脚）Power shelf（电源架）承载 6 台 PSU，提供背板信号互连与输出母线SYNC_START、ISHARE、AC_Loss_L、Pulse_Mgmt_L 等共享总线BBU shelf（电池备份架）接收 AC_Loss_L / Pulse_Mgmt_L 后投入放电，维持 50V 母线两路 RJ45 传送共享信号PMI / PMM（电源监控模块）机架级监控、在位检测、通信聚合Present_L、I2C、RS485（Modbus）机架监控（rack monitor）下发强制放电等 Modbus 命令Modbus（默认激活，最高 115kbps）1.3 供电链路与信号协同图 1 供电链路与信号协同架构（依据规范第 3 章条文绘制）功率通路由 EMI 滤波与整流、浪涌继电器与 PFC、高压母线电容、DC-DC 隔离变换、ORing FET 与输出构成，经电源架输出母线及其母线夹向 IT 负载供电；风扇由内部控制并按前后风道送风。信号侧存在三条性质不同的通道：其一为模块级点对点信号（Alert、Present_L、Reset_Latch_Fault、PSKILL）；其二为机架级共享总线（SYNC_START、ISHARE、AC_Loss_L、Pulse_Mgmt_L、AC_Fault_CLR），规范要求各共享信号的上拉电阻必须各自串联二极管，以保证单台 PSU 故障不影响其他 PSU；其三为通信总线（RS485/Modbus 与 I2C/PMBus）。互操作性：不同供应商的 PSU 模块、电源架（含 PMM）须在任意混配组合下互操作且可互换；但同一机架内的全部 PSU 模块必须来自同一供应商。1.4 PSU→BBU图 2 AC_Loss_L 断、BBU 投入与撤销时序（依据 3.18 节绘制）AC_Loss_L 为低电平有效信号，每台 PSU 输出一路，每台 BBU 接收两路输入。触发（assert）由三个条件逻辑：其一，检测到交流丢失后经 4~5ms 验证延迟；其二，以高压母线电容剩余能量为判据，须保证至少 5ms 的余量以供 BBU 建立放电；其三，发生其他交流故障（输入欠压 UVP、过压 OVP、欠频 UFP、过频 OFP）时，经相应验证延迟后。BBU 收到有效信号后拉低 Sync_Start_L，启动立即放电。撤销（deassert）条件：交流恢复正常后，PSU 在检测到主输出已建立的前提下，须经至少 500ms验证延迟方可撤销 AC_Loss_L，以确保由 BBU 切回 PSU 的过程中 50V 母线电压不跌落。该信号还可通过 Modbus触发。图 3 AC_LOSS 与 PULSE_MGMT 信号物理连接（原文档 3.18 节配图）上图中，同一电源架内全部 PSU 的 Pulse_Mgmt_L 信号并接后，经两个 RJ45 连接器送至 BBU 架，再由 BBU 架分发至各 BBU。该拓扑使得「任一 PSU 母线电容能量耗尽」即可向整机架 BBU 请求分担脉冲负载；若 BBU 拒绝分担，PSU 须释放或抬高其最大输入功率限值以独自承担负载——此处构成了脉冲负载场景下的逻辑。2 电气要求2.1 输入侧：电压窗口、过压与上游保护协调参数标称最小最大输出功率交流输入电压200~277Vac（典型 220/230/240/277）180Vac305Vac5.5kW @198-305Vac；180~198Vac 可能需降额输入频率50Hz / 60Hz47Hz63Hz—越限响应———电压/频率越限后 20ms 内关断 PFC 与继电器输入过压关断———345V 持续 20ms，或 309V 持续 50ms 关断交流浪涌电流———冷启动 ≤30A RMS（42A 峰值）@25℃，不含 X 电容充电断电恢复冲击———峰值 3 倍稳态电流，持续 1 个周期（20ms）交流输入电压与频率要求（对应原规范表 1 与 3.5、3.7 节）输入：180~305V 覆盖 208V/240V/277V 各类配电制式，47~63Hz 覆盖 50/60Hz 电网。在 180~198V 区间整流器仍须保持运行，但允许降额，这为低压电网或长馈线压降场景保留了可用性。图 输入过压保护动作区（原文档 3.5 节配图：345V/20ms 与 309V/50ms 双判据）输入过流保护要求相线与回流线均设置主熔断器，且熔断器须通过 UL 认证、额定分断能力不低于 25kA；选择原则为避免误动作，交流浪涌电流在任何条件下均不得熔断熔断器，除非整流器内部器件已失效（直流输出过载与短路亦不得熔断）。与上游配电协调：NEC 汇流箱熔断器为 30A 并按 24A 降额使用，IEC 侧断路器为 32A，两路交流馈电进入电源架、每路交流相各接一台 PSU。图 5 PSU 熔断器与 NEC 30A（降额 24A）汇流箱熔断器的协调曲线（原文档 3.6 节配图）图 6 PSU 熔断器与 IEC 32A 断路器的协调曲线（原文档 3.6 节配图）两张协调曲线共同要求：在全部预期工作电流区间内，PSU 内部熔断器的动作曲线须位于上游保护装置的动作曲线下方（即先于上游动作），同时在浪涌区不动作。5.5kW@277V 满载输入电流约 20A 量级，而 NEC 侧可用连续电流仅 24A，可见输入电流的谐波与功率因数表现直接影响上游裕度，这也是规范对 PF 与 ITHD 提出严格限值的直接原因之一。2.2 效率、功率因数与谐波负载区间峰值效率最低效率备注30%~100% 满载97.5% @230/240/277V96.5% @230/240/277V带风扇测量30%~100% 满载96.5%