智能電源方案提升能效并降低成本
發(fā)布時間:2021-07-13 來源:Ali Husain 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】數(shù)據(jù)是當(dāng)今世界最有價值的商品之一。趨勢如即將開啟的5G意味著大量數(shù)據(jù)將能快速移動,從而支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型格式如虛擬實境(VR) / 增強(qiáng)實境(AR)所需的視頻內(nèi)容的進(jìn)一步增長。我們越趨轉(zhuǎn)向云來保護(hù)這些重要信息。
隨著數(shù)據(jù)存儲成本的降低,對舊數(shù)據(jù)的整理變得不那么重要-所需的存儲容量正以前所未有的速度呈螺旋式增長。因此,保持?jǐn)?shù)據(jù)中心正常運行所需的電力非常重要,且還在持續(xù)快速增長。估計目前數(shù)據(jù)中心消耗3%的美國電力,預(yù)計到2040年將達(dá)到15%。
能源昂貴,確保足夠的電力可用是數(shù)據(jù)中心運營商面臨的主要挑戰(zhàn)。另一個昂貴的商品是空間占位,數(shù)據(jù)中心的占位也在增加,以容納每年增加一千萬臺服務(wù)器。為了控制成本,數(shù)據(jù)中心運營商正謀求使用更少的電力,并減少其占位。
為實現(xiàn)這些目標(biāo),電源系統(tǒng)必須提高能效,減少廢熱,減少熱管理問題,并且功率密度可增加,從而減小整體尺寸。因提高能效而降低溫度也有助于提高可靠性,這在數(shù)據(jù)中心中非常有用。
為了實現(xiàn)這性能和可靠性,電源系統(tǒng)越來越精密,且集成度更高,尤其是在功率開關(guān)MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動器領(lǐng)域。更多的功能被納入以確保最高水平的正常運行時間,包括熱插拔設(shè)備如風(fēng)扇和磁盤驅(qū)動器的能力。
功率密度的下一級水平是智能功率級(SPS)方案,集成MOSFET、驅(qū)動器和檢測電流及溫度的感測器。這方案支持構(gòu)成部分相互匹配和優(yōu)化,從而實現(xiàn)分立方案無法實現(xiàn)的性能水平。
MOSFET技術(shù)已顯著改進(jìn),能在非常高效和緊湊的封裝中集成控制IC和MOSFET。例如,安森美半導(dǎo)體最近推出了NCP3284 1MHz DC-DC轉(zhuǎn)換器,具有30A能力,并提供多種保護(hù)功能,占位5mm x 6mm。以更高的頻率工作可減小外部無源器件的尺寸,從而增加整體功率密度。
eFuse如NIS5020、NIS5820和NIS6150在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。這些基于智能半導(dǎo)體的器件在電力系統(tǒng)中至關(guān)重要,需要在移除負(fù)載時保持電源接通。這樣,就可以先更換出現(xiàn)故障的部件如風(fēng)扇或磁盤驅(qū)動器等,并允許進(jìn)行例行維護(hù)如升級磁盤驅(qū)動器,同時保持系統(tǒng)運行。
數(shù)據(jù)中心中電源相關(guān)技術(shù)最重大的變化也許是用現(xiàn)代寬禁帶材料如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)替代傳統(tǒng)的硅基器件的趨勢?;谶@些材料的器件不僅能在更高的頻率和更高的溫度下運行,而且本質(zhì)上能效更高,從而創(chuàng)建了數(shù)據(jù)中心所需的更小、更冷卻、更可靠的高能效方案。
盡管SiC 基MOSFET的成本仍高于硅基MOSFET,但成本卻下降了,電感和電容器的相關(guān)節(jié)?。ㄆ渲档陀诠柙O(shè)計)意味著SiC基電源方案的物料單(BoM)成本現(xiàn)在比硅設(shè)計更低。預(yù)計這將成為轉(zhuǎn)折點,導(dǎo)致更快地采用WBG技術(shù),從而進(jìn)一步降低成本。
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