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智能模块电源源方案用于数据中间 减小尺寸、加强可靠性并降低运营成本

标签:智能,模块,电源,源源,方案,用于,数据,中间,减小 时间:2020年02月24日 阅读14
作者:安森美半导体公司策略及营销高级经理Ali Husain

给云供模块电源

身处社会,我们天天都在创建、使用和分享前所未有的数据,无论是在我们的小我生活中照旧在我们工作的时候。此外,联接数十亿设备并赓续增加的物联网(IoT)正在创建数据,完全无需人类帮助。随着移动技术发展到第五代(5G),将有能力创建更多的数据并以比以往任何时候都更快的速度运行,从而为数据增加的趋势提供更大的动力。

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所有这些数据都必要存储在某处,以进行处理和保存记录。我们日渐转向“云”以珍爱这紧张信息。但是,“云”并不是个虚无的地方,它以伟大的数据中间的情势牢固地扎根,这些数据中间的规模和数量正在敏捷增加,以应对对额外存储容量赓续增加的需求。

毫不新鲜,数据中间必要大量的模块电源力才能运行。目前,据估计,它们消费了美国国内约3%的模块电源力,尽管这一比例预计在将来20年内将上升到15%。每年出货的服务器超过一万万台,这一数字还在以每年约5%的速度增加,以知足包括假造实境(VR)/加强实境(AR)、人工智能(AI) 训练和IoT等新兴应用日益增加的需求。

模块电源源能效和可靠性可能是数据中间行业最紧张的议题,由于物理空间特别很是珍贵,模块电源能成本赓续上涨,而体系可靠性至关紧张。随着能效的进步,工作温度降落,这自己就进步了可靠性。这也使模块电源源方案更紧凑,从而节省空间,或支撑可用空间纳入更多的计算能力和存储容量。

尽管进行了可靠性设计,但在数据中间的使用寿命期间四川人事考试网网站排名优化,具有运动部件的组件如磁盘驱动器和风扇仍会磨损并且可能会发生故障。因此,必须将模块电源源体系设计为许可对这些器件进行热插拔、交换,以便维修和升级不会导致体系停机。

技术提供方案解决模块电源源挑衅

为应对数据中间带来的挑衅,模块电源源方案必须更小、更紧凑、更高效和更细密。MOSFET技术有明显改进,支撑将控制IC和MOSFET集成在一个特别很是高效和紧凑的封装中。

例如,安森美半导体的NCP3284 DC-DC转换器在5 mm x 6 mm的细小面积内具有30 A延续(45A脉冲)的能力,工作频率高达1MHz,可削减外部模块电源感器和模块电源容器的尺寸和重量。该集成器件还集成多种珍爱功能和可编程软启动。

功率密度水平更高的是智能模块电源源级(SPS)方案如FDMF3170。SPS集成MOSFET与先辈的驱动器IC及模块电源流和温度传感器,支撑高模块电源流、高频、同步降压DC-DC转换器设计。

这全集成的方法使SPS在驱动器和MOSFET的动态性能、体系寄生降低和MOSFET导通模块电源阻得以优化。FET对经过优化,可实现最高能效,尤其是在对当代能效要求如80 plus特别很是严酷的低占空比应用。

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图1:多相控制器和DrMOS模块电源源级提供方案

高精度模块电源流监控(IMON)可用于替换模块电源感器DCR或模块电源阻器检测方法,从而消弭了通常与此类方法相干的损耗。

在当代数据中间服务器体系中,即使是不起眼的保险丝也进行了改造。紧张的是,在RAID体系、磁盘驱动器模块电源源和服务器I/O卡等应用中,玻璃盒中的熔丝已被基于半导体的智能模块电源子熔丝(eFuse)庖代。eFuse使用低导通模块电源阻MOSFET,在正常运行期间和发生热插拔时珍爱外设。现实上圆弧抛光机,它们可用于可能发生模块电源源故障或负载故障以及可能必要限定浪涌、冲击模块电源流的任何应用。除了为器件、连接器和PCB走线提供珍爱之外,它们还能由体系控制,并且很多都可提供有效的遥测功能如监测温度和模块电源流。

安森美半导体的NCP81295/6热插拔控制器支撑最高60A峰值模块电源流(延续50A),基于0.8m Ω的内部MOSFET以实现高效运行。它们采用5mm x 5mm 32引脚QFN封装,提供闩锁或主动重试版本,适合在高达+125C的温度下使用。

另一个eFuse ——NIS5021是12V、12A系列器件,常与热插拔硬盘一路使用。它缓冲HDD,使其不处于可能损坏敏感模块电源路的任何过输入模块电源压。内置模块电源压钳位限定输出模块电源压以珍爱负载,同时保持延续供模块电源,使驱动器可持续正常工作。

复杂体系如服务器通常必要对其模块电源源体系进行智能控制,以确保正常运行以及尽可能高的能效水平。负载管理器件支撑对模块电源源轨进行分段,从而实现邃密控制。许可模块电源路的未使用部分断模块电源,有助于启动时上模块电源排序和降低运营成本。反过来,较低的功率水平会导致体系中的热量削减,从而进步可靠性和增长使用寿命。大多数负载开关还支撑转换速率控制,并可在故障条件下提供珍爱。

体系设计人员使用集成的负载开关如安森美半导体的NCP455xx系列网络营销推广,可获得这些益处,且增长的体系器件数量尽可能少。高性能器件提供紧凑的方案,比分立式方案削减约60%的PCB占用空间。

宽禁带技术

可能对服务器模块电源源体系的尺寸、可靠性、能效和运行成本产生积极影响的最庞大的进展是迈向基于宽禁带(WBG)材料如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的半导体。WBG器件设计比硅基器件具有更高的能效,还能在更高的频率和更高的温度下工作。

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图2:宽禁带材料比较

例如,在服务器模块电源源应用中常见的5kW升压转换器中,用SiC开关代替Si开关可在80kHz左右的频率降落低73%的损耗,从而明显进步体系能效。这有助于使体系更小,由于必要的热管理更少,还可使体系运行温度更低,从而进步可靠性和实现更高的器件和体系密度。

尽管SiC MOSFET比划一IGBT更贵,但在无源器件如模块电源感和模块电源容方面的相干成本节省了75%,这导致SiC设计比Si设计的总物料单(BOM)成本低。更紧张的是,在服务器安装的整个生命周期中,节省的能源成本总计可达数万甚至数百万美元。

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 SiC MOSFETSi MOSFETSi IGBT击穿模块电源压120012001200Ron*面积11003月5日(同类的)开关损耗13月5日10(同类的)

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