可折疊的電子保險絲如何幫助滿足服務器持續(xù)增長的用電需求
- 發(fā)布時間:2022-11-01 10:10:17
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隨著數(shù)據需求的增加,服務器和數(shù)據中心的需求也在增加,因此用電需求也隨之增加。行業(yè)趨勢表明,2020 年每個機架的功率為 4kW,到 2025 年將高達 20kW。
鑒于供數(shù)據中心和服務器使用的物理空間有限,服務器電源架構產生了高功率密度要求,即在更小的區(qū)域內提供更多的功率。提高服務器電源的效率還可以降低冷卻成本。
我們周圍的一切都急需獲得數(shù)據并由數(shù)據驅動,所有這些數(shù)據都由數(shù)據中心的服務器存儲和處理,如圖 1 所示。
圖 1:數(shù)據連接的生態(tài)系統(tǒng)
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。為了實現(xiàn)無縫熱插拔功能,服務器主板和配電板采用熱插拔控制器或電子保險絲。服務器電源中的電子保險絲等元件需要提供更高電流,以滿足持續(xù)增長的服務器用電要求。熱插拔和電子保險絲等保護器件也需要處理高峰值電流,以便與服務器中現(xiàn)代微處理器的更高峰值處理能力匹配。圖 2 顯示了典型的服務器電源架構。
圖 2:典型的服務器電源架構
以往,大功率服務器設計包括帶有多個金屬氧化物半導體場效應晶體管 (MOSFET) 的熱插拔控制器。但是,服務器電源和功率密度要求呈指數(shù)級增長。為了滿足這些需求并簡化這些設計,可考慮在服務器電源架構中使用 TPS25985(80A 峰值)和 TPS25990(60A 峰值,具有 PMBus 接口)電子保險絲。TPS25985 和 TPS25990 可分別支持 60ADC 和 50ADC,并分別具有高達 60A 和 50A 的可調電流限值??梢远询B無數(shù)個 TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲以實現(xiàn)更高的電流。
實現(xiàn)高功率密度
功率密度是現(xiàn)代服務器電源裝置 (PSU) 的一項必備要求。新一代服務器 PSU 的額定功率范圍為 3kW(12V 時為 250A)。選擇電子保險絲時,必須能夠以更小的尺寸提供更高的電流,這一點非常重要。TPS25985 采用 4.5mm×5mm 封裝,可提供 80A 峰值電流。圖 3 顯示了 TI 的一些電子保險絲。
圖 3:TI 電子保險絲的功率密度發(fā)展
通過集成 MOSFET、電流監(jiān)視器、比較器、有源電流共享和溫度監(jiān)視器,TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲顯著減小了印刷電路板或印刷線路板的總面積。連接多個 TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲時,電路板顯著減小,功率密度提高了數(shù)倍。圖 4 顯示了 TPS25985 和 TPS25990 與市場上其他電子保險絲相比的電流密度。
圖 4:電流和功率密度比較
電流共享和電流監(jiān)測器精度
熱插拔控制器無法非常精確地控制多個并聯(lián) MOSFET 的柵極;因此,并聯(lián) MOSFET 的電流共享并不準確。精密放大器有助于實現(xiàn)高電流共享精度和電流監(jiān)測器精度,但添加它們會增加整個解決方案的尺寸。測量 MOSFET 的內核溫度具有挑戰(zhàn)性,因此無法保障其在瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)條件下的熱保護性能。圖 5 突出顯示了 TPS25985 的關鍵引腳和功能。
圖 5:TPS25985 引腳排列,突出顯示了主要的差異化特性
TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲集成了有源電流共享和直接獲取 MOSFET 內核參數(shù)(電壓、電流、溫度)的功能,可以精確控制所有并聯(lián)連接的電子保險絲柵極,并精確監(jiān)測集成 FET 的內核溫度。與不具備有源電流共享的電子保險絲相比,TPS25985 和 TPS25990 使設計工程師能夠優(yōu)化電子保險絲的數(shù)量和系統(tǒng)的性能。
集成的電流監(jiān)測器可使用 PSYS/PROCHOT 更大限度地提高服務器平臺的計算吞吐量和電源利用率,從而改進該平臺的電源管理。這些特性還有助于優(yōu)化前端交流/直流電源,從而優(yōu)化系統(tǒng)成本。此外,可調節(jié)的瞬態(tài)電流消隱計時器可通過避免干擾性跳變來提高系統(tǒng)可靠性和總體可用性。
遠程監(jiān)控
TPS25990 為系統(tǒng)增加了 PMBus 接口功能。TPS25990 支持具有可調接通延遲的單命令下電上電,從而允許系統(tǒng)設計工程師遠程對系統(tǒng)進行定序和復位。TPS25990 還提供黑盒功能,以相對時間戳記錄其中七個事件。TPS25990 包含高速模數(shù)轉換器,使用戶能夠繪制其選擇的一個信號,充當數(shù)字示波器的作用。TPS25990 的 GUI 及其他特性不僅可以幫助設計工程師縮短總開發(fā)時間,還可以快速識別和解決通常很難重現(xiàn)和排查的現(xiàn)場問題。
散熱注意事項
服務器電源系統(tǒng)在寬環(huán)境溫度范圍(–40ºC 至 85ºC)內運行。熱插拔控制器或電子保險絲會遇到更高的環(huán)境溫度。因此,當小型封裝產生大電流時,電源設計工程師需要關注這些器件的熱性能。TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲能夠在 125ºC 的結溫下工作,從而緩解了這種擔憂。TPS25985 和 TPS25990 分別提供 0.59mΩ 和 0.79mΩ 的 RDS(on);RDS(on) 在工藝、電壓和溫度范圍內的變化不大。因此,這些電子保險絲的自發(fā)熱非常低,工作溫度范圍很廣,而不會犧牲降額。圖 6 顯示了 TPS25985 的外殼溫度。
圖 6:VIN = 12V、IOUT = 50A、Tamb = 25°C 時的 TPS25985 外殼溫度
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