电源是指传输、存储和处理云数据的设备的电源。在电信或传输应用中,云电源将为基带单元和远程无线电单元供电。在用于存储和处理的服务器机群中,大型不间断电源(UPS)用以确保用户在暂时断电时仍可接入云。每台服务器还将需要一个电源单元(PSU),以及众多的 DC-DC 转换器来提供负载点电源。
 
在云应用中,高能效是王道
网上可用数据和服务呈爆发式增长,促进对云基础设施的需求激增。云基础设施主要包括数据中心和通信基础设施,是实现各种全天候网络应用和服务的基础。电源转换能效大幅影响云服务提供商的运营开支。持续降低能源成本的需求不断提高,行业标准及政府监管日趋严格,扩大容量和网络覆盖范围的需求推动需要密度更高的方案,云电源设计面临高能效、高功率密度的挑战。
 
领先的电源半导体供应商安森美半导体致力于推动高能效创新,提供全功率范围的、高能效、高功率密度的云电源方案,包括 AC-DC 转换、多相转换、负载点电源、热插拔保护、时钟等硅方案和下一代半导体碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN),支持基站、企业服务器或数据中心、云计算等云基础设施。 
 
图 1:安森美半导体提供全面的云电源方案
 
智能功率级器件提高多相稳压器能效
在大型数据中心中,提高 CPU 和存储器多相稳压器的能效能够节省大量能源开支。例如,将能效从 95%提升至 95.5%,每年可节省数以百万计美元的能源开支。安森美半导体的智能功率级器件(SPS)系列,在一个 QFN 封装中集成高边 FET、低边 FET 和驱动器 IC、保护和遥测功能,用以优化服务器系统,实现最佳能效、降低总物料单(BOM)成本,尤其第三代智能功率级器件 SPS3 为服务器多相稳压器提供同类最佳的电源转换能效。
 
图 2:安森美半导体的 SPS 用以提高服务器电源转换能效
 
业界首款 100 V 桥式功率级用于半桥和全桥 DC-DC 转换器
针对较高电压应用,包括电信基站、服务器与云应用中未来的 48 V 总线,安森美半导体提供业界首款 100 V 桥式功率级 FDMF8811,实现全桥和半桥隔离型 DC - DC 转换器的更高功率密度和高能效、高可靠性,用于功率模块中的 DC-DC 转换器和无线基站的板载设计。
 
图 3:业界首款 100V 桥式功率级 FDMF8811
 
FDMF8811 在一个 6.0 mm x 7.5 mm 的 PQFN 封装中集成一个 120 V 门极驱动器、一个自举二极管和两个功率 MOSFET,导通电阻典型值低至 4.1 mΩ。与分立方案相比,FDMF8811 减少 DC-DC 转换器设计所需的板面积约三分之一,使工程师能够设计更小的系统。通过集成所有的关键功率器件,FDMF8811 优化了设计,以保持尽可能高的能效,使云应用如无线基站、功率模块或任意载板、隔离型 DC-DC 转换器实现更高水平的功率密度。同时,低电压应力确保更高的可靠性。值得一提的是,FDMF8811 曾获《今日电子》与《21IC 中国电子网》联合颁发 2017 年度“Top 10 电源产品奖”,这是电子业备受认同的确定创新产品的一个基准。
 
负载点电源(POL
高电流的 POL 设计存在一系列的挑战,除了高能效和高功率密度,还需要具有可编程性和灵活性、快速的瞬态响应、严格的容限和精度、可靠的保护及卓越的热管理。安森美半导体提供全系列负载点电源方案,解决这些挑战。
 
如最新的多芯片模块 PWM 降压稳压器系列 FAN6500xx,提供领先市场的电流密度和非凡的集成度,峰值能效达 98.5%,输出电流高达 10 A,输出功率达 100 W,支持 4.5 V 至 65 V 的宽输入电压范围,适用于电信基础设施及基带板、工业自动化、DC-DC 模块、通用 POL 等广泛应用。
 
图 4:多芯片模块 PWM 降压稳压器系列 FAN6500xx
 
多芯片方案的一个巨大优势是能在门极驱动器和 MOSFET 之间进行设计优化,模块化方案意味着电源设计中只有单个故障点。
 
FAN6500xx 集成了 PowerTrench® MOSFET 技术,比使用一个外部 MOSFET 的方案具有更低的振铃和更好的电磁干扰(EMI),结合经历时间测试的固定频率控制方法与灵活的 Type III 补偿和强固的故障保护如可调过流保护、热关断、过压保护和短路保护,从而提供更高可靠性。FAN6500xx 具有可编程和可同步的开关频率(100 kHz-1 MHz)特性,能解决更高的功率要求,当并行使用多个 FAN6500xx 器件时,可以保证低的输入纹波。
 
FAN6500xx 有 3 个版本:6A (FAN65004B)/8A (FAN65005A)/8A (FAN65008B),所有器件之间的引脚兼容性和扩展性确保了 OEM 能够为其应用选择最理想的器件。
 
功率 MOSFET
下一代无线互联 5G 将需要大量的功率 MOSFET。安森美半导体提供高性能的分立方案,其新的 650 V SuperFETIII MOSFET 系列能比上一代超级结器件提供更高的能效。SuperFETIII 技术提供易驱动 (Easy Drive)、快恢复 (FRFET)和快速 (FAST)三种不同的版本,设计人员可视应用需求和根据拓扑结构选择最适合的版本以实现最佳能效。
 
针对次级端,安森美半导体提供全系列优化的中、低压 MOSFET 用于云电源。T6 技术为 30V、40V 和 60V 提供业界最低的导通电阻。新的 T8 技术为 25V、40V、60V 和 80V 提供与 T6 相同的超低导通电阻,同时进一步改善了开关参数。对于 80 V、100 V 和 120 V,采用 PTNG 技术,提供出色的导通电阻和体二极管性能。
 
下一代半导体——宽禁带
宽禁带材料如 SiC、GaN 与硅相比有巨大的优势,是下一代功率器件的基础,能解决更高能效、更高功率密度的挑战,同时确保高的可靠性。安森美半导体提供一系列具有不同功率密度的宽禁带产品,以配合不同的功率应用。
 
SiC 二极管因为低的反向恢复电荷(Qrr)显著地提高了系统的能效,大幅降低开关损耗,从而实现更高的开关速度。它们还具有稳定的高温特性,能够在高温下工作而不增加开关损耗。SiC 二极管主要用于电源功率因数校正(PFC)级。  安森美半导体拥有完整的 650 V 和 1200 V SiC 二极管产品阵容,涵盖所有功率范围。
 
同时,安森美半导体正积极开发 1200 V SiC MOSFET、GaN MOSFET,以更好地配合市场发展和设计需求。
 
电子保险丝(eFuse)
安全性在电源应用中至关重要。安森美半导体提供高性能、高可靠性的电子保险丝,用于 12 V、5 V 和 3.3 V 电源,以防止高浪涌电流、电压尖峰和热耗散,公司 5 年共付运超过 2 亿片电子保险丝,退货率低于 0.3 PPM。
 
时钟方案也是云基础设施的关键
时钟是电子系统中的关键元素,其性能对整个系统的稳定运行至关重要。安森美半导体提供全面的时钟产生器件(包括各种时钟模块和可编程时钟)和时钟分配器件(PLL 零延迟缓冲器、扇出驱动器等)。一次性可编程时钟产生器 Omniclock 平台提供高度的设计灵活性和丰富功能,可很好地配合安森美半导体的时钟方案工作,增强系统可靠性,并满足系统低功耗要求。针对特定需求,安森美半导体也设计专用集成电路(ASIC)。
 
转接驱动器确保数据完整性
数据传输的速度在不断加快,在更高的数据速度下,我们不能忽视信号衰减问题。安森美半导体提供单通道和双通道转接驱动器产品系列,通过 OE 引脚深度省电,提高出色的随机抖动性能,实现延长信号距离达 36 英寸 FR4 或 5m 电缆@ 5Gbps、10 英寸 FR4 @ 10Gbps。
 
表:安森美半导体的转接驱动器
 
总结
云电源设计面临高能效、高功率密度、高可靠性的挑战。安森美半导体致力于推动高能效创新,凭借强大的技术、应用专知和悠久丰富的行业经验,为云基础设施(包括企业服务器和无线基础设施)提供全功率范围的、高能效、高功率密度、可靠的端到端供电电源和数据完整性方案,并处于开发下一代宽禁带产品的前沿,解决设计挑战,满足市场需求。