IR數(shù)據(jù)中心電源管理方案可提供更高的效率和更低的散熱

隨著需要處理的數(shù)據(jù)流量越來(lái)越多，數(shù)據(jù)中心必須采用密度更高的服務(wù)器來(lái)取代原來(lái)的服務(wù)器，而高密度的服務(wù)器相應(yīng)地需要智能性更強(qiáng)、體積更小、散熱更低的電源管理方案的支持，因?yàn)樗梢栽诟鞣N負(fù)載條件下保持最高的功率轉(zhuǎn)換效率，這不僅可節(jié)約電能和電費(fèi)，以及大大降低散熱管理成本，且對(duì)綠色環(huán)境的建設(shè)也是一種貢獻(xiàn)。而國(guó)際整流器(IR)公司優(yōu)化的電源管理方案正是為這一數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而量身定做的。

IR針對(duì)數(shù)據(jù)中心的電源管理方案由以下幾款電源管理器件組成：1. DirectFET MOSFET；2. 電源監(jiān)控芯片IR3721MTRPBF；3. XPhase相位芯片IR3507MPBF；4. XPhase控制芯片，包括IR3514MPBF和IR3502MPBF。由這些器件構(gòu)成的電源管理方案具有功率密度較大、靈活性更高、雙面冷卻、實(shí)時(shí)功率監(jiān)控等諸多特性。

DirectFET功率封裝是突破的表面貼MOSFET封裝技術(shù)，該技術(shù)可以有效地減少與封裝相關(guān)的損耗，使設(shè)計(jì)師能夠開(kāi)發(fā)出滿足最新一代高性能處理器需要的電源系統(tǒng)。與標(biāo)準(zhǔn)塑料分立封裝相比，DirectFET的金屬罐構(gòu)造具有雙面散熱功能，因而可有效將高頻DC/DC降壓式轉(zhuǎn)換器的電流處理能力增加一倍。采用該封裝可以使MOSFET元件數(shù)目減少了60%，并節(jié)省50%的電路板空間；它還可以使MOSFET的工作溫度降至50℃，從而提高了可靠性。DirectFET MOSFET產(chǎn)品族與20V和30V的同步降壓轉(zhuǎn)換器芯片組相匹配，而對(duì)于30V還能夠用于高頻率工作。

IR3721MTRPBF是IR于2008年三月份推出的多功能輸出功率監(jiān)控芯片，可用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦和節(jié)能服務(wù)器應(yīng)用的低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。IR3721在65℃的精度為2.5%，利用IR專利的TruePower技術(shù)精確捕捉動(dòng)態(tài)功耗信息。與其它功率監(jiān)控集成電路相比，IR3721可在穩(wěn)壓器輸出/負(fù)載側(cè)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)功耗，顯著改善其動(dòng)態(tài)功耗測(cè)量精度。TruePower技術(shù)可避免動(dòng)態(tài)誤差，而采用獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換分別監(jiān)控動(dòng)態(tài)狀態(tài)下的電壓和電流的其它解決方案的動(dòng)態(tài)誤差可造成超過(guò)30%的整體誤差。IR亞太區(qū)高級(jí)銷售副總裁曾海邦表示：“通過(guò)監(jiān)測(cè)瞬態(tài)功率，功率系統(tǒng)可以在任何給定點(diǎn)及時(shí)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系統(tǒng)散熱。有了這個(gè)智能功能，功率系統(tǒng)可以管理負(fù)載的電氣特性，限制其功耗并提前建立正確的冷卻條件，這樣負(fù)載就不會(huì)離開(kāi)它所需的散熱包絡(luò)，優(yōu)化了吞吐量，從而提高了性能。”

IR公司優(yōu)化的電源管理方案就可以為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的效率和性能，該方案具有功率密度較大、靈活性更高、雙面冷卻、實(shí)時(shí)功率監(jiān)控等諸多特性。

XPhase是IR公司開(kāi)創(chuàng)性的多相解決方案，它克服了目前固有多相結(jié)構(gòu)中的缺點(diǎn)，把多相設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單性、擴(kuò)展能力及性能提升到更高的水平，并提供了前所未有的靈活性，實(shí)現(xiàn)了在相位、電流、頻率、效率、尺寸和成本之間的平衡。IR3514MPBF、IR3502MPBF以及IR3507MPBF是IR最近推出的XPhase控制和相位芯片。其中IR3502適用于英特爾VR11.0和VR11.1處理器，而IR3514適用于AMD PVID/SVID處理器。

IR3502能夠?yàn)槿我鈹?shù)量的IR XPhase相位IC提供整體系統(tǒng)控制和接口，每個(gè)XPhase相位IC可驅(qū)動(dòng)并監(jiān)控一個(gè)相位。IR3502的主要功能包括提供0.5%整體系統(tǒng)設(shè)定值精度和菊花鏈?zhǔn)綌?shù)字相位時(shí)序，無(wú)需外部元件，也能達(dá)到準(zhǔn)確的相位交錯(cuò)。IR3502和IR3507相位IC結(jié)合，可提供功率狀態(tài)指示器(PSI)功能，以改善穩(wěn)壓模塊(VRM)的輕負(fù)載效率。IR3502包括許多系統(tǒng)保護(hù)功能及高度可編程能力，例如能夠把時(shí)鐘振蕩器頻率由250kHz設(shè)置為9MHz，從而把每相位開(kāi)關(guān)頻率從250kHz提高至1.5MHz。IR3502具有30MHz寬帶寬和10V/us快速轉(zhuǎn)換率的高速誤差放大器，它還改善了壓降能力，有助于減少可能需要的外置熱敏電阻。IR3514使設(shè)計(jì)師無(wú)需改動(dòng)主板就能夠從AMD處理器要求的PVID遷移到SVID。配合IR3507相位IC，IR3514可以提供與IR3502一樣的功能。

相位芯片IR3507具有PWM斜率的自校準(zhǔn)功能，具有7V/2A柵極驅(qū)動(dòng)器、相位故障檢測(cè)器、電流檢測(cè)放大器和電流共享放大器。另外，它能夠產(chǎn)生跟溫度成比例的電壓信號(hào)并反饋給VRHOT比較器，由此來(lái)監(jiān)測(cè)過(guò)溫。其它的特殊功能包括集成靴帶式(boot-strap)同步PFET、支持低損耗的感應(yīng)器電流檢測(cè)、可編程前饋電壓模式控制、單線雙向平均電流共享總線等。它與控制IC通過(guò)三線模擬總線連接，通過(guò)省卻控制器和相位芯片間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)布線而縮短了彼此的互連，使寄生參數(shù)最小化，每相位僅需四個(gè)外圍器件，印刷電路板設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單。

由這些控制芯片和相位芯片構(gòu)成的新型XPhase芯片組可提供豐富功能和靈活的方式，以實(shí)現(xiàn)完整的英特爾或AMD微處理器電源解決方案，它們與IR公司業(yè)界領(lǐng)先的電源監(jiān)控芯片和DirectFET MOSFET器件一起組成了高密度服務(wù)器電源解決方案，為越來(lái)越繁忙的數(shù)據(jù)中心助一臂之力。


作者：Albert Liu 《電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)》