完全可折疊的電子保險絲如何幫助滿(mǎn)足服務(wù)器持續增長(cháng)的用電需求

隨著(zhù)數據需求的增加，服務(wù)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(gè)機架的功率為 4kW，到 2025 年將高達 20kW。

鑒于供數據中心和服務(wù)器使用的物理空間有限，服務(wù)器電源架構產(chǎn)生了高功率密度要求，即在更小的區域內提供更多的功率。提高服務(wù)器電源的效率還可以降低冷卻成本。

我們周?chē)囊磺卸技毙璜@得數據并由數據驅動(dòng)，所有這些數據都由數據中心的服務(wù)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(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。為了實(shí)現無(wú)縫熱插拔功能，服務(wù)器主板和配電板采用熱插拔控制器或電子保險絲。服務(wù)器電源中的電子保險絲等元件需要提供更高電流，以滿(mǎn)足持續增長(cháng)的服務(wù)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(wù)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(wù)器電源架構。

圖 2：典型的服務(wù)器電源架構

以往，大功率服務(wù)器設計包括帶有多個(gè)金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管 (MOSFET) 的熱插拔控制器。但是，服務(wù)器電源和功率密度要求呈指數級增長(cháng)。為了滿(mǎn)足這些需求并簡(jiǎn)化這些設計，可考慮在服務(wù)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?？梢远询B無(wú)數個(gè) TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲以實(shí)現更高的電流。

實(shí)現高功率密度

功率密度是現代服務(wù)器電源裝置 (PSU) 的一項必備要求。新一代服務(wù)器 PSU 的額定功率范圍為 3kW（12V 時(shí)為 250A）。選擇電子保險絲時(shí)，必須能夠以更小的尺寸提供更高的電流，這一點(diǎn)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(guò)集成 MOSFET、電流監視器、比較器、有源電流共享和溫度監視器，TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲顯著(zhù)減小了印刷電路板或印刷線(xiàn)路板的總面積。連接多個(gè) TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲時(shí)，電路板顯著(zhù)減小，功率密度提高了數倍。圖 4 顯示了 TPS25985 和 TPS25990 與市場(chǎng)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

電流共享和電流監測器精度

熱插拔控制器無(wú)法非常精確地控制多個(gè)并聯(lián) MOSFET 的柵極；因此，并聯(lián) MOSFET 的電流共享并不準確。精密放大器有助于實(shí)現高電流共享精度和電流監測器精度，但添加它們會(huì )增加整個(gè)解決方案的尺寸。測量 MOSFET 的內核溫度具有挑戰性，因此無(wú)法保障其在瞬態(tài)和穩態(tài)條件下的熱保護性能。圖 5 突出顯示了 TPS25985 的關(guān)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(lián)連接的電子保險絲柵極，并精確監測集成 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。

集成的電流監測器可使用 PSYS/PROCHOT 更大限度地提高服務(wù)器平臺的計算吞吐量和電源利用率，從而改進(jìn)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，可調節的瞬態(tài)電流消隱計時(shí)器可通過(guò)避免干擾性跳變來(lái)提高系統可靠性和總體可用性。

遠程監控

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(jìn)行定序和復位。TPS25990 還提供黑盒功能，以相對時(shí)間戳記錄其中七個(gè)事件。TPS25990 包含高速模數轉換器，使用戶(hù)能夠繪制其選擇的一個(gè)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(kāi)發(fā)時(shí)間，還可以快速識別和解決通常很難重現和排查的現場(chǎng)問(wèn)題。

散熱注意事項

服務(wù)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(huì )遇到更高的環(huán)境溫度。因此，當小型封裝產(chǎn)生大電流時(shí)，電源設計工程師需要關(guān)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(yōu)。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(huì )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(shí)的 TPS25985 外殼溫度

結語(yǔ)

設計工程師可以通過(guò)在服務(wù)器電源架構中使用 TPS25985 和 TPS25990 電子保險絲來(lái)縮短開(kāi)發(fā)時(shí)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(shí)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(hù)提供了在多個(gè)數據連接器件之間的無(wú)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(shí)間，從而保持服務(wù)的連續性和為客戶(hù)提供高百分比正常運行時(shí)間保證的能力。