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智能電源方案提升能效并降低成本

2020-04-15
來源:安森美半導體
關鍵詞: 5G 智能電源 MOSFET 電感

    數據是當今世界最有價值的商品之一。趨勢如即將開啟的5G意味著大量數據將能快速移動,從而支持數據密集型格式如虛擬實境(VR) / 增強實境(AR)所需的視頻內容的進一步增長。我們越趨轉向云來保護這些重要信息。

    隨著數據存儲成本的降低,對舊數據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,保持數據中心正常運行所需的電力非常重要,且還在持續快速增長。估計目前數據中心消耗3%的美國電力,預計到2040年將達到15%。

    能源昂貴,確保足夠的電力可用是數據中心運營商面臨的主要挑戰。另一個昂貴的商品是空間占位,數據中心的占位也在增加,以容納每年增加一千萬臺服務器。為了控制成本,數據中心運營商正謀求使用更少的電力,并減少其占位。

    為實現這些目標,電源系統必須提高能效,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,這在數據中心中非常有用。

    為了實現這性能和可靠性,電源系統越來越精密,且集成度更高,尤其是在功率開關MOSFET及其相關驅動器領域。更多的功能被納入以確保最高水平的正常運行時間,包括熱插拔設備如風扇和磁盤驅動器的能力。

    功率密度的下一級水平是智能功率級(SPS)方案,集成MOSFET、驅動器和檢測電流及溫度的感測器。這方案支持構成部分相互匹配和優化,從而實現分立方案無法實現的性能水平。

    

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    MOSFET技術已顯著改進,能在非常高效和緊湊的封裝中集成控制IC和MOSFET。例如,安森美半導體最近推出了NCP3284 1MHz DC-DC轉換器,具有30A能力,并提供多種保護功能,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在數據中心應用中發揮重要作用。這些基于智能半導體的器件在電力系統中至關重要,需要在移除負載時保持電源接通。這樣,就可以先更換出現故障的部件如風扇或磁盤驅動器等,并允許進行例行維護如升級磁盤驅動器,同時保持系統運行。

    數據中心中電源相關技術最重大的變化也許是用現代寬禁帶材料如氮化鎵(GaN)或碳化硅(SiC)替代傳統的硅基器件的趨勢。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行,而且本質上能效更高,從而創建了數據中心所需的更小、更冷卻、更可靠的高能效方案。

    

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    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節省(其值低于硅設計)意味著SiC基電源方案的物料單(BoM)成本現在比硅設計更低。預計這將成為轉折點,導致更快地采用WBG技術,從而進一步降低成本。

    

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