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)所需的视频内容的进一步增长。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NCP3284 1MHz DC-DC转换器，具有30A能力，并提供多种保护功能，占位5mm x 6mm。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。