【導讀】隨著數據需求的增加，服務器和數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據并由數據驅動，所有這些數據都由數據中心的服務器存儲和處理，如圖 1 所示。
圖 1：數據連接的生態(tài)系統
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可用性。為了實現無縫熱插拔功能，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。可以堆疊無數個 TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲以實現更高的電流。
實現高功率密度
功率密度是現代服務器電源裝置 (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 MOSFET 的柵極；因此，并聯 MOSFET 的電流共享并不準確。精密放大器有助于實現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（電壓、電流、溫度）的功能，可以精確控制所有并聯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)化電子保險絲的數量和系統的性能。
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可靠性和總體可用性。
遠程監(jiān)控
TPS25990 為系統增加了 PMBus 接口功能。TPS25990 支持具有可調接通延遲的單命令下電上電，從而允許系統設計工程師遠程對系統進行定序和復位。TPS25990 還提供黑盒功能，以相對時間戳記錄其中七個事件。TPS25990 包含高速模數轉換器，使用戶能夠繪制其選擇的一個信號，充當數字示波器的作用。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和排查的現場問題。
散熱注意事項
服務器電源系統在寬環(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
結語
設計工程師可以通過在服務器電源架構中使用 TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲來縮短開發(fā)時間和降低設計成本。電子保險絲的低 RDS(on) 降低了系統中的功率損耗，幫助數據中心實現其效率目標。 更高的功率密度提高了數據中心的處理能力，并為最終用戶提供了在多個數據連接器件之間的無縫體驗。電子保險絲具備更好的診斷、擴展和配置功能，可以幫助數據中心更大限度地減少停機時間，從而保持服務的連續(xù)性和為客戶提供高百分比正常運行時間保證的能力。
來源：TI
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