AI数据中心制冷，磁悬浮离心压缩机或成为主流

电子发烧友网综合报道 全球算力投资正迈向新的高度，这背后是芯片功耗的持续提升。如今，单机柜功率至少需要50 - 120kW，这使得数据中心对设备制冷量的需求急剧增大。液冷方案凭借其散热强、密度低、节能环保的显著优势，脱颖而出。
 
压缩机作为冷水机组的核心零部件，其成本占比超过50%，功耗占总功耗约72%，是冷水机组制冷的关键所在。传统机房主要采用风冷模式，螺杆压缩机技术成熟，能够满足相应的制冷量需求。随着数据中心单机柜功率可达50kW以上，对制冷设备提出了更高要求。磁悬浮离心压缩机凭借其更大制冷量、更高制冷效率和更低制冷能耗的优势，相比螺杆压缩机可节能40%以上，有望成为未来主流。
 
磁悬浮离心压缩机是一种利用磁悬浮轴承技术实现无接触运转的高效制冷压缩机。其工作原理是通过磁悬浮轴承系统，运用电磁力将转子悬浮起来，使转子在运转过程中与定子等部件无机械接触。同时，采用高速电机直接驱动叶轮旋转，对制冷剂进行压缩。
 
磁悬浮离心压缩机是一个集机械、电气和控制技术于一体的复杂系统，为了实现转子的稳定悬浮、高速运转以及整机的高效控制，其内部使用了多种类型的芯片。
 
磁悬浮轴承控制器芯片负责实时计算转子的位置并调整电磁力，确保转子稳定悬浮。它需要处理来自位置传感器的信号，运行复杂的控制算法，如PID控制、自适应控制等，并输出PWM信号控制功率器件。通常采用高性能的数字信号处理器（DSP）或现场可编程门阵列（FPGA），对实时性和运算速度要求极高。
 
如Microchip的dsPIC数字信号控制器，其dsPIC系列常用于处理磁悬浮轴承的实时控制算法。TI的C2000系列实时MCU，适合处理磁悬浮压缩机中复杂的PWM信号生成和实时反馈控制。
 
电机驱动与控制芯片用于控制驱动压缩机的高速永磁同步电机。其中，微控制器（MCU）负责处理电机的启动、调速、停机等逻辑控制；智能功率器件（IPD）/驱动IC直接驱动功率开关管，将直流电转换为三相交流电供给电机；传感器接口芯片则处理电机转子位置传感器的信号。
 
英飞凌、ST的ARM Cortex - M系列MCU用于处理电机的矢量控制。格力推出的G - iot系列芯片、EM32系列MCU，已应用于空调外机控制、线控器以及变频控制中，对于磁悬浮离心机，格力采用“AI动态节能芯片”配合自研的控制算法，实现对压缩机负荷的精准匹配。
 
电源管理与功率半导体芯片负责整机的电力转换和供应。功率因数校正（PFC）控制芯片提高电能利用效率，减少对电网的谐波污染；IGBT/MOSFET芯片作为核心的功率开关元件，集成在变频模块中；电源管理IC（PMIC）将高压电转换为控制电路所需的低压直流电。
 
Microchip的SiC MOSFET用于提高变频驱动效率。英飞凌的IGBT驱动芯片、电流/电压传感器芯片用于电源管理。丹佛斯（Danfoss）的磁悬浮压缩机内部集成了高度定制的变频驱动板，使用自研或深度定制的功率模块芯片。
 
通信与接口芯片负责压缩机与外部冷水机组控制器（PLC）或楼宇自控系统（BAS）的连接。通信协议芯片支持Modbus、BACnet或CAN总线等工业通信协议的收发；光耦隔离芯片用于隔离高压和低压电路，保证控制信号的安全传输。
 
传感与信号调理芯片用于采集机器运行的各种物理信号。模拟前端（AFE）芯片采集压力、温度、振动等模拟信号并转换为数字信号；专用传感器芯片如位移传感器信号调理芯片和霍尔传感器芯片，用于监测磁轴承间隙和精密电流检测。如，TDK、Allegro的磁传感器芯片、电流传感器用于监测磁悬浮轴承的微小位移和电流变化，确保转子悬浮的稳定性。
 
在AI数据中心制冷需求持续增长的大背景下，磁悬浮离心压缩机凭借其卓越的性能和广阔的市场前景，正迎来发展的黄金时期。而其内部的各类芯片作为技术核心的支撑，也将不断推动磁悬浮离心压缩机技术的创新与升级，为数据中心的高效稳定运行提供坚实保障。