【導讀】隨著近幾年云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的爆發(fā)式演進，服務器作為支撐數(shù)字經(jīng)濟時代的基石設施，其部署規(guī)模正以前所未有的速度激增，正如《2022-2023全球計算力指數(shù)評估報告》顯示，中國整體服務器市場規(guī)模在2017至2022年的復合增長率高達48.8%。鑒于此類設備天然的高能耗、高電耗特性，服務商們迫切尋求通過采用高度集成化的組件技術(shù)和解決方案，來設計和實施既能保證卓越性能，又能實現(xiàn)緊湊布局與強大可靠性的電源系統(tǒng)。在這方面，安森美(onsemi)憑借其業(yè)界領先的電源管理技術(shù)，成為眾多企業(yè)理想的選擇伙伴。
隨著近幾年云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的爆發(fā)式演進，服務器作為支撐數(shù)字經(jīng)濟時代的基石設施，其部署規(guī)模正以前所未有的速度激增，正如《2022-2023全球計算力指數(shù)評估報告》顯示，中國整體服務器市場規(guī)模在2017至2022年的復合增長率高達48.8%。鑒于此類設備天然的高能耗、高電耗特性，服務商們迫切尋求通過采用高度集成化的組件技術(shù)和解決方案，來設計和實施既能保證卓越性能，又能實現(xiàn)緊湊布局與強大可靠性的電源系統(tǒng)。在這方面，安森美(onsemi)憑借其業(yè)界領先的電源管理技術(shù)，成為眾多企業(yè)理想的選擇伙伴。
打造高效能服務器電源系統(tǒng)的關(guān)鍵要點
在大型數(shù)據(jù)中心或服務器中，隨著處理器的演進，晶體管數(shù)量越來越多，需要越來越高的輸出電流。此外，為了控制整個系統(tǒng)的運行效率，使得設備能在空閑時以更低電流運行，在需要時再按全功率運行，服務器電源需具有大電流、低電壓，并且對電壓精度、紋波、快速瞬態(tài)響應都有比較高的要求，因此，目前多相電源成為服務器供電的主流方案。
一個多相電源是由一個控制器配合幾個或十幾個功率級（power stage）組成的完整方案，控制器是多相電源的重要組成部分，通常采用PWM脈沖寬度調(diào)制技術(shù)來控制輸出電壓，并通過改變脈沖調(diào)制的周期來控制其輸出頻率，因此對相關(guān)芯片的設計、制造工藝等方面有著較高要求。
功率級則可以理解為由2個MOSFET和一個Driver IC合封而成，由于傳統(tǒng)的供電設計中將上行MOS管、下行MOS管和驅(qū)動器單獨放置，將導致占用較多PCB面積，降低電流的整體轉(zhuǎn)換效率，功率級因此能夠在有限的尺寸面積上提供更高的效率和性能。
此外，多相電源由多相協(xié)同工作，每個相位的開關(guān)必須交錯開關(guān)并控制，以優(yōu)化負載調(diào)節(jié)、紋波、瞬態(tài)響應，其最大的優(yōu)勢就是可擴展性比較好，用戶可以根據(jù)輸出電流的大小來決定功率級的數(shù)量，同時由于是多個功率級，在工作時熱源就相對能夠均勻分布，不會因為熱源過于集中而導致芯片過熱。
在早期的多相電源方案中，控制器只需提供給功率級一個PWM信號就可以正常工作，但現(xiàn)在的產(chǎn)品還集成了諸如電流檢測、溫度檢測、故障上報的功能使其變得更加智能，因此安森美也把這類產(chǎn)品稱為智能功率級(SPS)方案。在選擇SPS產(chǎn)品時，則往往需要考慮控制器部分是否足夠智能以擁有電流、溫度檢測等功能、上下兩個MOS管本身的性能如何、器件的封裝是否成熟以便于散熱及滿足焊接的可靠性需求等三大主要因素。
安森美的智能功率級SPS器件系列目前覆蓋了從30A到100A的電流范圍，在一個QFN封裝中集成了高邊FET、低邊FET和驅(qū)動器IC、保護和檢測功能，為服務器多相穩(wěn)壓器提供同類最佳的電源轉(zhuǎn)換能效，用以優(yōu)化服務器系統(tǒng)、降低總物料單(BOM)成本。
例如100A功率級FDMF5085與90A功率級FDMF5071具有完全優(yōu)化、超緊湊的集成MOSFET和先進的驅(qū)動器IC電流和溫度傳感器，適用于高電流、高頻和同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，該類器件還提供輸出信號（IMON），報告實時模塊電流，IMON信號可用于代替電感器DCR電流檢測或電阻器檢測方法，還有精確的熱監(jiān)測（TMON），在25°C時提供0.8V輸出，斜率為8 mV/°C。
而在多相控制器上，安森美同樣有針對VR13.HC服務器平臺的8相數(shù)字控制器產(chǎn)品FD3501以及針對VR14服務器平臺的8相數(shù)字控制器FD5001以及12相數(shù)字控制器FD5012，以及目前最最熱門的AI供電方案的16相數(shù)字控制器FD5100，都具有卓越的瞬態(tài)響應、可編程性和易用性。
確保服務器穩(wěn)定供電的“安全衛(wèi)士”
另一方面，在設計服務器電源方案時，設計人員除了需要考慮提升能效和功率密度外，還要確保盡可能高的安全性和可靠性，特別是服務器通常具有可擴展性和熱插拔功能，以滿足不同的處理要求并保持高系統(tǒng)可用性。因此，為了實現(xiàn)無縫熱插拔功能，在服務器電源系統(tǒng)中，電子保險絲(eFuse) 同樣扮演著至關(guān)重要的角色，它是確保整個供電網(wǎng)絡穩(wěn)定性和設備安全的關(guān)鍵組件之一。
不同于傳統(tǒng)的熱熔斷保險絲，eFuse使用低導通電阻MOSFET，除了在正常運行期間和發(fā)生熱插拔時保護外設外，還可用于可能發(fā)生電源故障或負載故障以及可能需要限制浪涌、沖擊電流的任何應用。除了為器件、連接器和PCB走線提供保護之外，它們通常還集成過流、過熱及過壓保護，且提供診斷和控制功能，比傳統(tǒng)熔絲、PTC自恢復保險絲及熱插拔控制器都更有優(yōu)勢，是一種經(jīng)濟高效的替代方案。
安森美高效、可靠和緊湊的eFuse方案陣容可覆蓋3V至48V的電源范圍，這些方案通常內(nèi)置實時診斷功能、精密控制和多重保護特性，響應快，性能和可靠性優(yōu)于競爭對手。例如NCP81295/6熱插拔控制器支持最高60A峰值電流（連續(xù)50A），基于0.65m?的內(nèi)部MOSFET以實現(xiàn)高效運行，采用5mm x 5mm 32引腳QFN封裝，提供閂鎖或自動重試版本，適合在高達+125°C的溫度下使用。
小電流eFuse方案則多是用于硬盤電源的保護，因為硬盤通常設計為獨立的硬盤陣列，所以會有限流和插拔的要求，這類eFuse功能也包含過流保護、短路保護、過溫保護、電流檢測以及輸出的故障上報，并且還會要求有一些抗噪聲能力。
NIS5021是安森美12V 12A電子保險絲器件，常與熱插拔硬盤一起使用，使其不處于可能損壞敏感電路的任何過輸入電壓，內(nèi)置電壓鉗位限制輸出電壓以保護負載，同時保持連續(xù)供電，使驅(qū)動器可持續(xù)正常工作。NIS5420則是一個12V 5A的電子保險絲，它的輸入電壓范圍是8V到18V，同樣帶有輸出過流保護和短路保護功能。
事實上，除了上述產(chǎn)品外，安森美提供的端到端電源解決方案還包括負載點DC-DC穩(wěn)壓器、單路BUCK控制器、LDO產(chǎn)品等，在面對不斷升級的服務器電源需求下，安森美也將研發(fā)更高轉(zhuǎn)換效率、更強穩(wěn)定性的電源模塊，實現(xiàn)精細化、動態(tài)化的電源分配和能效優(yōu)化，推動整個行業(yè)的技術(shù)進步。
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