【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(tǒng)
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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)可靠性和總體可用性。
遠程監(jiān)控
TPS25990 為系統(tǒng)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(tǒng)設計工程師遠程對系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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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