智能电源方案提升能效并降低成本

数据是当今世界最有价值的商品之一。趋势如即将开启的5G意味着大量数据将能快速移动，从而支持数据密集型格式如虚拟实境(VR)/增强实境(AR)所需的内容的进一步增长。我们越趋转向云来保护这些重要信息。

随着数据存储成本的降低，对旧数据的整理变得不那么重要-所需的存储容量正以前所 未有的速度呈螺旋式增长。因此，保持数据中心正常运行所需的电力非常重要，且还在持续快速增长。估计目前数据中心消耗3%的美国电力，预计到2040年将达到15%。

能源昂贵，确保足够的电力可用是数据中心运营商面临的主要挑战。另一个昂贵的商品是空间占位，数据中心的占位也在增加，以容纳每年增加一千万台服务器。为了控制成本，数据中心运营商正谋求使用更少的电力，并减少其占位。

为实现这些目标，电源系统必须提高能效，减少废热，减少热管理问题，并且功率密度可增加，从而减小整体尺寸。因提高能效而降低温度也有助于提高可靠性，这在数据中心中非常有用。

为了实现这性能和可靠性，电源系统越来越精密，且集成度更高，尤其是在功率开关MOSFET及其相关驱动器领域。更多的功能被纳入以确保最 高水平的正常运行时间，包括热插拔设备如风扇和磁盘驱动器的能力。

功率密度的下一级水平是智能功率级(SPS)方案，集成MOSFET、驱动器和检测电流及温度的感测器。这方案支持构成部分相互匹配和优化，从而实现分立方案无法实现的性能水平。

MOSFET技术已显著改进，能在非常高效和紧凑的封装中集成控制IC和MOSFET。例如，安森美半导体最 近推出了NCP32841MHzDC-DC转换器，具有30A能力，并提供多种保护功能，占位5mmx6mm。以更高的频率工作可减小外部无源器件的尺寸，从而增加整体功率密度。

eFuse如NIS5020、NIS5820和NIS6150在数据中心应用中发挥重要作用。这些基于智能半导体的器件在电力系统中至关重要，需要在移除负载时保持电源接通。这样，就可以先更换出现故障的部件如风扇或磁盘驱动器等，并允许进行例行维护如升级磁盘驱动器，同时保持系统运行。

数据中心中电源相关技术最 重大的变化也许是用现代宽禁带材料如氮化镓(GaN)或碳化硅(SiC)替代传统的硅基器件的趋势。基于这些材料的器件不仅能在更高的频率和更高的温度下运行，而且本质上能效更高，从而创建了数据中心所需的更小、更冷却、更可靠的高能效方案。

尽管SiC基MOSFET的成本仍高于硅基MOSFET，但成本却下降了，电感和电容器的相关节省(其值低于硅设计)意味着SiC基电源方案的物料单(BoM)成本现在比硅设计更低。预计这将成为转折点，导致更快地采用WBG技术，从而进一步降低成本。