意法半導體

意法半導體的數(shù)據(jù)中心電源架構(gòu)戰(zhàn)略和產(chǎn)品給我留下了深刻的印象。首先，他們是Power Stamp Alliance的一員。我喜歡這樣一個事實，即在開發(fā)云數(shù)據(jù)中心電源的公司中，設計人員和采購人員都可以選擇擁有來自多個電源供應商的外形和功能的多源電源解決方案。數(shù)據(jù)中心人員也對此感到滿意。

我與 STMicroelectronics 的電源 IC 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 Paolo Sandri 就他們的數(shù)據(jù)中心電源管理策略進行了交談。最重要的是，ST 提供了基于其客戶需求的多種選擇。我喜歡這樣，因為一種尺寸并不適合所有人。

48V 至 12V 中間非穩(wěn)壓總線轉(zhuǎn)換器 (IBC)

該設計具有 40V 至 60V 的輸入能力，具有 4:1 的轉(zhuǎn)換比和高達 1kW 的熱設計功率 (TDP)。英特爾將 TDP 11定義 為“處理器的規(guī)范。OEM 必須設計滿足或超過處理器數(shù)據(jù)表規(guī)定的 TDP 的散熱解決方案。” ST了解處理器需求!

該設計具有零交叉開關(guān) (ZCS)，適用于所有具有現(xiàn)成組件和小于 5mm 的薄型高度的 MOSFET。尺寸為 1/8磚 ，在 360W 時效率為 98%。

STBuck(堆疊降壓)，48V 至 12V 穩(wěn)壓 IBC

該轉(zhuǎn)換器架構(gòu)具有 36V 至 60V 輸入和 12V 輸出，可通過 PMBus 進行調(diào)節(jié)(我喜歡數(shù)字電源控制!)。外形尺寸為 1/8 磚，最多可擴展到四個單元。

效率曲線在 150W 輸出時達到 98.4% 的峰值。

48V 到 POL 直接轉(zhuǎn)換

該設計具有 40V 至 60V 的輸入范圍和 V OUT ，適用于 1.8V典型值 的英特爾 VR13HC 處理器， 完全符合英特爾的測試計劃。此外，它還可以為 1.2V Typ的 DDR 供電。

它還具有 205W TDP 和 413W Max。I OUT Max 在 570KHz 的開關(guān)頻率下為 228A。功率密度為 100W/in 2 ，電路板占位面積為 1.6×2.6″。

我將 STMicroelectronics 評為“A”級，因為它為設計人員提供了出色的數(shù)據(jù)中心電源選項。

英飛凌

向 48V 拓撲架構(gòu)的轉(zhuǎn)變是由機架中不斷增加的功率水平推動的。Nvidia 去年完全改用 48V。就在那時，他們推出了DGX-2平臺。采用 48V 解決方案的截止值在 10 到 20 kW 之間，在如此高的 GPU 電流消耗架構(gòu)中，必須盡可能地將損耗降到最低。英飛凌有許多解決方案，包括在某些設計中使用 GaN 功率元件。一個例子是使用 GaN 將交流電源直接轉(zhuǎn)換為 48V 的電源區(qū)域。對于每個 CPU/GPU，此功率級別約為每個處理器 500W，并且所有處理器電路通常位于板上 10×10 厘米的區(qū)域中，用于單個處理器。

在卡級別，英飛凌擁有基于 GaN 的半橋以及傳統(tǒng)的硅解決方案，具體取決于客戶需要的權(quán)衡和考慮。英飛凌還有另一個很好的解決方案供設計人員考慮：GaN 晶體管。

這種拓撲結(jié)構(gòu)中的 48V 系統(tǒng)可以通過全橋整流實現(xiàn)。隨著計算架構(gòu)轉(zhuǎn)向使用 GPU 進行更多并行處理，每個機架的功耗增加了兩倍，達到 20 kW 或更高。對于這個用例，使用 12V 電源的配電損耗太大。它通常是帶有 GPU 和高端 FPGA 和 ASIC 的加速器卡，用于執(zhí)行定制的 AI 工作負載。因此，機架上 48V 電源越來越受歡迎，并強調(diào)效率。

通過使用 35 mΩ GaN 器件填充初級側(cè)半橋，可以在 DC-DC 級中實現(xiàn)進一步的改進。利用較低數(shù)量級的 Qoss 電荷，以及對諧振頻率和磁化電感的相關(guān)調(diào)整，將系統(tǒng)效率提高約 0.3%。將變壓器設置更改為矩陣結(jié)構(gòu)，串聯(lián)初級繞組和并聯(lián)次級繞組，可再提高 0.3%。

PFC 和 LLC 級的改進相結(jié)合，可將功率密度為 30 至 35 W/英寸3的峰值效率 提高至 98.5%。英飛凌還與所有模塊化電源制造商合作，為其解決方案授權(quán)。該公司仍然認為 12V 服務器將在一段時間內(nèi)繼續(xù)成為服務器市場的重要組成部分。

對于未來，他們看到中間 12V 下降到 7、6 或 5V。在這些情況下，解決方案的尺寸會隨著頻率的提高而縮小，并且電源可以更靠近處理器。今天英飛凌的典型功率級是相同功率范圍內(nèi)的 5×6 和 3×5。

ADI 公司

ADI 公司的數(shù)據(jù)中心電源管理解決方案架構(gòu)分為兩個階段，先使用 LTC7821(48V 至 12V)，然后使用 LTM4700(微型模塊)在 100A 以上(它們是多相的)從 12V 變?yōu)?0.x V。

第一步是使用具有 40V 至 60V 輸入范圍的 LTC7821 將 48V 降至 12V?？梢允褂眯⌒?(0.75×0.73 in) 2μH 電感器，例如 SER2011-202ML，因為開關(guān)頻率高達 400 kHz，并且電感器 在開關(guān)節(jié)點處僅承受 V IN的一半。

布局：通過使用 PC 板的頂部和底部，總線轉(zhuǎn)換器的一種可能布局具有 2.7 cm 2的占位面積 。效率在 15A 左右時接近 98%。

12V 至處理器電壓

下一步是從 12V 降至所需的處理器電平。LTM4700 μModule 用于此目的。轉(zhuǎn)換器模塊可以輸出 0.9V，同時在 325 kHz 至 425 kHz 之間切換電平。多個模塊可以并聯(lián)以獲得更高的電流，例如在 400A 下使用四個 LTM4700 模塊進行 8 相操作。

在 12V 輸入和 1V 輸出 @ 100A、200 LFM 氣流下，該器件可以在大約 73.4oC 的溫度下運行而無需散熱。可以使用 I 2 C、SMBus 或 PMBus 接口。

設計人員有廣泛的電源管理選項可供選擇，用于這個蓬勃發(fā)展的數(shù)據(jù)服務器領域。設計師的職責是與客戶合作，為他們的特定需求創(chuàng)建最佳解決方案。會有妥協(xié);然而，我們的設計專業(yè)知識與電源 IC 公司、他們多樣化和創(chuàng)造性的解決方案以及他們的專家經(jīng)驗相結(jié)合，將有助于提供一個成功的最終解決方案來滿足客戶的需求。