【導讀】隨著(zhù)近幾年云計算、大數據技術(shù)的爆發(fā)式演進(jìn)，服務(wù)器作為支撐數字經(jīng)濟時(shí)代的基石設施，其部署規模正以前所未有的速度激增，正如《2022-2023全球計算力指數評估報告》顯示，中國整體服務(wù)器市場(chǎng)規模在2017至2022年的復合增長(cháng)率高達48.8%。鑒于此類(lèi)設備天然的高能耗、高電耗特性，服務(wù)商們迫切尋求通過(guò)采用高度集成化的組件技術(shù)和解決方案，來(lái)設計和實(shí)施既能保證卓越性能，又能實(shí)現緊湊布局與強大可靠性的電源系統。在這方面，安森美(onsemi)憑借其業(yè)界領(lǐng)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(zhù)近幾年云計算、大數據技術(shù)的爆發(fā)式演進(jìn)，服務(wù)器作為支撐數字經(jīng)濟時(shí)代的基石設施，其部署規模正以前所未有的速度激增，正如《2022-2023全球計算力指數評估報告》顯示，中國整體服務(wù)器市場(chǎng)規模在2017至2022年的復合增長(cháng)率高達48.8%。鑒于此類(lèi)設備天然的高能耗、高電耗特性，服務(wù)商們迫切尋求通過(guò)采用高度集成化的組件技術(shù)和解決方案，來(lái)設計和實(shí)施既能保證卓越性能，又能實(shí)現緊湊布局與強大可靠性的電源系統。在這方面，安森美(onsemi)憑借其業(yè)界領(lǐng)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(wù)器電源系統的關(guān)鍵要點(diǎn)
在大型數據中心或服務(wù)器中，隨著(zhù)處理器的演進(jìn)，晶體管數量越來(lái)越多，需要越來(lái)越高的輸出電流。此外，為了控制整個(gè)系統的運行效率，使得設備能在空閑時(shí)以更低電流運行，在需要時(shí)再按全功率運行，服務(wù)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(wù)器供電的主流方案。
一個(gè)多相電源是由一個(gè)控制器配合幾個(gè)或十幾個(gè)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脈沖寬度調制技術(shù)來(lái)控制輸出電壓，并通過(guò)改變脈沖調制的周期來(lái)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(zhù)較高要求。
功率級則可以理解為由2個(gè)MOSFET和一個(gè)Driver IC合封而成，由于傳統的供電設計中將上行MOS管、下行MOS管和驅動(dòng)器單獨放置，將導致占用較多PCB面積，降低電流的整體轉換效率，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(gè)相位的開(kāi)關(guān)必須交錯開(kāi)關(guān)并控制，以?xún)?yōu)化負載調節、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(hù)可以根據輸出電流的大小來(lái)決定功率級的數量，同時(shí)由于是多個(gè)功率級，在工作時(shí)熱源就相對能夠均勻分布，不會(huì )因為熱源過(guò)于集中而導致芯片過(guò)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(gè)PWM信號就可以正常工作，但現在的產(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(lèi)產(chǎn)品稱(chēng)為智能功率級(SPS)方案。在選擇SPS產(chǎn)品時(shí)，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(gè)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(mǎn)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(gè)QFN封裝中集成了高邊FET、低邊FET和驅動(dòng)器IC、保護和檢測功能，為服務(wù)器多相穩壓器提供同類(lèi)最佳的電源轉換能效，用以?xún)?yōu)化服務(wù)器系統、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(jìn)的驅動(dòng)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轉換器。此外，該類(lèi)器件還提供輸出信號（IMON），報告實(shí)時(shí)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，還有精確的熱監測（TMON），在25°C時(shí)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(wù)器平臺的8相數字控制器產(chǎn)品FD3501以及針對VR14服務(wù)器平臺的8相數字控制器FD5001以及12相數字控制器FD5012，以及目前最最熱門(mén)的AI供電方案的16相數字控制器FD5100，都具有卓越的瞬態(tài)響應、可編程性和易用性。
確保服務(wù)器穩定供電的“安全衛士”
另一方面，在設計服務(wù)器電源方案時(shí)，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(wù)器通常具有可擴展性和熱插拔功能，以滿(mǎn)足不同的處理要求并保持高系統可用性。因此，為了實(shí)現無(wú)縫熱插拔功能，在服務(wù)器電源系統中，電子保險絲(eFuse) 同樣扮演著(zhù)至關(guān)重要的角色，它是確保整個(gè)供電網(wǎng)絡(luò )穩定性和設備安全的關(guān)鍵組件之一。
不同于傳統的熱熔斷保險絲，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(shí)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(xiàn)提供保護之外，它們通常還集成過(guò)流、過(guò)熱及過(guò)壓保護，且提供診斷和控制功能，比傳統熔絲、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，這些方案通常內置實(shí)時(shí)診斷功能、精密控制和多重保護特性，響應快，性能和可靠性?xún)?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50A），基于0.65m?的內部MOSFET以實(shí)現高效運行，采用5mm x 5mm 32引腳QFN封裝，提供閂鎖或自動(dòng)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(pán)電源的保護，因為硬盤(pán)通常設計為獨立的硬盤(pán)陣列，所以會(huì )有限流和插拔的要求，這類(lèi)eFuse功能也包含過(guò)流保護、短路保護、過(guò)溫保護、電流檢測以及輸出的故障上報，并且還會(huì )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(pán)一起使用，使其不處于可能損壞敏感電路的任何過(guò)輸入電壓，內置電壓鉗位限制輸出電壓以保護負載，同時(shí)保持連續供電，使驅動(dòng)器可持續正常工作。NIS5420則是一個(gè)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(guò)流保護和短路保護功能。
事實(shí)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(diǎn)DC-DC穩壓器、單路BUCK控制器、LDO產(chǎn)品等，在面對不斷升級的服務(wù)器電源需求下，安森美也將研發(fā)更高轉換效率、更強穩定性的電源模塊，實(shí)現精細化、動(dòng)態(tài)化的電源分配和能效優(yōu)化，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
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