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隨著GPU成為AI計算和高性能計算（HPC）的核心，數(shù)據(jù)中心對服務(wù)器電源的要求顯著提升。
圖 | 數(shù)據(jù)中心示意圖；來源：TI
具體原因涵蓋多個方面，比如：由于單顆GPU功耗可達(dá)700W，多GPU服務(wù)器總功率常超10kW，電源需具備超高功率密度（2000W+模塊）和高效轉(zhuǎn)換（鈦金級96%+效率）；同時必須確保多重安全保護(hù)、N+1冗余供電和±5%電壓穩(wěn)定，并滿足7×24小時不間斷運行的嚴(yán)苛可靠性要求（MTBF>10萬小時）。
因此，行業(yè)專家預(yù)測，未來服務(wù)器電源將向48V高壓直供、液冷散熱和智能化管理發(fā)展，以匹配持續(xù)增長的AI算力需求。
面向此類需求，近期TI推出了兩款全新的電源管理芯片：具有電源路徑保護(hù)的 48V 集成式熱插拔電子保險絲TPS1685，以及采用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) TOLL 封裝的新的集成式 GaN 功率級系列，即 LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070。
TPS1685：功率可擴展至6kW
如前面提到的，隨著電力需求激增，數(shù)據(jù)中心設(shè)計人員正在轉(zhuǎn)向 48V 電源架構(gòu)，以提高效率和可擴展性，從而更好地支持 CPU、圖形處理單元和 AI 硬件加速器等組件。
在高效的配電系統(tǒng)中，而智能電子保險絲在其中發(fā)揮了重要作用。以往，工程師會采用分立式熱插拔控制器加上外部場效應(yīng)晶體管(FET)的傳統(tǒng)保護(hù)方案，然而這種方案下，由于漏電導(dǎo)通電阻(RDS (ON))、PCB 走線電阻和比較器閾值不匹配的問題，會給電子保險絲的傳統(tǒng)并聯(lián)運行帶來巨大挑戰(zhàn)，這些不匹配會導(dǎo)致電子保險絲之間的電流共享不均（某些電子保險絲承載的電流比其他電子保險絲多），且通常會導(dǎo)致各個電子保險絲過早跳閘，即使系統(tǒng)總電流低于跳閘閾值也是如此。因此，為了減少因這種誤跳閘帶來的系統(tǒng)關(guān)斷、運行效率低下等問題，這種分立方案的設(shè)計功率一般只能達(dá)到4kW。
圖 | 傳統(tǒng)并聯(lián)運行的電子保險絲；來源：TI
當(dāng)需要管理大于 6kW 的功率級別時，若還采用傳統(tǒng)分立方案，還會帶來一系列其他挑戰(zhàn)，比如尺寸太大，設(shè)計過于復(fù)雜等。此外，在管理高電流的同時，確保安全運行和更大限度地降低功率損耗也是一個重要問題。
綜上，與分立式場效應(yīng)晶體管 (FET) 結(jié)合使用的傳統(tǒng)熱插拔控制器，在高功率應(yīng)用中正面臨巨大的局限性。
為了解決以上行業(yè)難題，為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用提供可靠的緊湊型解決方案，TI推出了具有電源路徑保護(hù)功能的48V 可堆疊集成式熱插拔電子保險絲——TPS1685。
圖 | TPS1685的功能特性；來源：TI
德州儀器系統(tǒng)經(jīng)理游聲揚表示：“與需要使用外部感應(yīng)電阻器和電流傳感放大器進(jìn)行電流監(jiān)測的方法不同，TPS1685利用其互連IMON（Imonitor）引腳，引入了一種系統(tǒng)總電流限制方法。此方法將一個電子保險絲指定為主控制器來監(jiān)測系統(tǒng)總電流。通過依賴于總電流而不是各個電子保險絲電流，該系統(tǒng)可避免路徑電阻不匹配導(dǎo)致的誤差，并結(jié)合用戶可配置的過流消隱計時器，確保系統(tǒng)僅在必要時跳閘，從而提高運行穩(wěn)定性。”
“在此基礎(chǔ)上，與市場上現(xiàn)有的熱插拔控制器相比，TPS1685不僅簡化了設(shè)計，還通過緊湊的30mm2 薄型四方扁平無引腳(LQFN) 封裝，將集成度又提高了一個臺階，整體解決方案尺寸也會同步縮小50%?！?游聲揚補充道。
LMG3650Rxxx：效率>98%，高功率密度>100W/in3
今天，高效率和高功率密度是工程師對電源設(shè)計的普遍要求，為此氮化鎵 (GaN) 器件逐步被用于各種電源轉(zhuǎn)換拓?fù)洹?/p>
圖 | 電路寄生效應(yīng)集成式 GaN 功率級與分立式 GaN；來源：TI
集成驅(qū)動是TI GaN器件的特色，集成驅(qū)動器在高開關(guān)頻率的電源轉(zhuǎn)換中非常重要，因為柵極環(huán)路中的電路寄生耦合會導(dǎo)致柵極噪聲和重疊損耗增加，而使用集成式功率級，寄生耦合可以忽略不計，并且能簡化布局。
因此我們看到，近日TI推出的全新集成式 GaN 功率級系列——LMG3650R035、LMG3650R025、LMG3650R070同樣集成了高性能柵極驅(qū)動器與 650V GaN 場效應(yīng)晶體管 (FET)，在簡化設(shè)計的同時，實現(xiàn)高效率(>98%) 和高功率密度(>100W/in3)。
圖 | LMG3650R035、LMG3650R025、LMG3650R07簡介；來源：TI
據(jù)悉，LMG3650R035、LMG3650R025、LMG3650R07三者均采用通用的TOLL封裝，但功率不同，導(dǎo)通電阻不同，客戶可以根據(jù)具體的功率等級、導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗等需求來做選擇。
游聲揚表示：“LMG3650Rxxx系列功率級還集成了先進(jìn)的保護(hù)功能，包括過電流保護(hù)、短路保護(hù)和過溫保護(hù)。這對于服務(wù)器電源等交流/直流應(yīng)用尤為重要，因為設(shè)計人員面臨著在更小空間內(nèi)提供更大功率的挑戰(zhàn)。 ”
關(guān)于應(yīng)用領(lǐng)域，LMG3650Rxxx系列功率級可支持高壓應(yīng)用中的多種電源拓?fù)?，包括圖騰柱功率因數(shù)校正 (PFC)、電感電容器、相移全橋和雙有源電橋等。
關(guān)于出貨和使用配套
TPS1685、LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070 支持預(yù)量產(chǎn)，有意向者可通過 TI.com 進(jìn)行采購。
此外，TI為TPS1685提供了兩款評估板，為LMG3650R035、LMG3650R025、LMG3650R070各提供一款評估板，方便工程師進(jìn)行產(chǎn)品測試和導(dǎo)入。
圖 | TPS1685EVM；來源：TI
圖 | LMG3650EVM-113、LMG3650EVM-114、LMG3650EVM-115；來源：TI
