采用MOSFET和驅(qū)動(dòng)器提高智能電源方案的能效和可靠性

數(shù)據(jù)是當(dāng)今世界最有價(jià)值的商品之一。趨勢(shì)如即將開(kāi)啟的5G意味著大量數(shù)據(jù)將能快速移動(dòng)，從而支持?jǐn)?shù)據(jù)密集型格式如虛擬實(shí)境（VR） / 增強(qiáng)實(shí)境（AR）所需的視頻內(nèi)容的進(jìn)一步增長(zhǎng)。我們?cè)节呣D(zhuǎn)向云來(lái)保護(hù)這些重要信息。

隨著數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本的降低，對(duì)舊數(shù)據(jù)的整理變得不那么重要-所需的存儲(chǔ)容量正以前所未有的速度呈螺旋式增長(zhǎng)。因此，保持?jǐn)?shù)據(jù)中心正常運(yùn)行所需的電力非常重要，且還在持續(xù)快速增長(zhǎng)。估計(jì)目前數(shù)據(jù)中心消耗3％的美國(guó)電力，預(yù)計(jì)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(yùn)營(yíng)商面臨的主要挑戰(zhàn)。另一個(gè)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(wàn)臺(tái)服務(wù)器。為了控制成本，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商正謀求使用更少的電力，并減少其占位。

為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，電源系統(tǒng)必須提高能效，減少?gòu)U熱，減少熱管理問(wèn)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(shí)現(xiàn)這性能和可靠性，電源系統(tǒng)越來(lái)越精密，且集成度更高，尤其是在功率開(kāi)關(guān)MOSFET及其相關(guān)驅(qū)動(dòng)器領(lǐng)域。更多的功能被納入以確保最高水平的正常運(yùn)行時(shí)間，包括熱插拔設(shè)備如風(fēng)扇和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的能力。

功率密度的下一級(jí)水平是智能功率級(jí)（SPS）方案，集成MOSFET、驅(qū)動(dòng)器和檢測(cè)電流及溫度的感測(cè)器。這方案支持構(gòu)成部分相互匹配和優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)分立方案無(wú)法實(shí)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(wú)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(shí)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(pán)驅(qū)動(dòng)器等，并允許進(jìn)行例行維護(hù)如升級(jí)磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)保持系統(tǒng)運(yùn)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(shì)。基于這些材料的器件不僅能在更高的頻率和更高的溫度下運(yùn)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(jì)）意味著SiC基電源方案的物料單（BoM）成本現(xiàn)在比硅設(shè)計(jì)更低。預(yù)計(jì)這將成為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，導(dǎo)致更快地采用WBG技術(shù)，從而進(jìn)一步降低成本。

審核編輯：郭婷