介紹

云服務(wù)的爆炸式增長(zhǎng)正在推動(dòng)著數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)和電信設(shè)備的重大發(fā)展。而創(chuàng)新需求也對(duì)處理這些日益增多的數(shù)據(jù)的服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)產(chǎn)生了一定的影響。在此推動(dòng)下，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的處理能力和帶寬都達(dá)到了極限。對(duì)于電源設(shè)計(jì)人員來說，他們面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是如何使用最少的電力高效地為數(shù)據(jù)中心設(shè)備供電，并提高它們的散熱性能。而針對(duì)先進(jìn)的 CPU/ASIC 和 FPGA 時(shí)，設(shè)計(jì)人員還必須平衡好功耗與散熱性能。

多相解決方案改善了數(shù)據(jù)中心的效率和尺寸

隨著終端系統(tǒng)功能的增多，處理功率也相應(yīng)提高，以滿足新的數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)要求。這種高處理能力需求主要集中在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中，數(shù)字中心采用高端 CPU/ASIC 和處理器來運(yùn)行服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則通過電信設(shè)備分布至網(wǎng)絡(luò)，然后通過 CPU/ASIC 和 FPGA 的銷售點(diǎn)設(shè)備、臺(tái)式電腦和嵌入式計(jì)算系統(tǒng)進(jìn)行工作。

在上述示例中，CPU/ASIC 和處理器具有相似的數(shù)字處理需求，以及相似的功率分布。雖然如今處理器的尺寸不斷縮小，但它們采用了更多的晶體管，因此需要更高的輸出電流，范圍一般在 100A 至 500A 之間，甚至更高，具體由其復(fù)雜程度決定。 該行業(yè)通過在數(shù)字負(fù)載中集成低功率狀態(tài)來調(diào)整這種情況。此舉使得設(shè)備能在空閑時(shí)以更低電流運(yùn)行，在需要時(shí)再按全功率運(yùn)行。這有利于控制整個(gè)系統(tǒng)的功率預(yù)算，但會(huì)給全功率端的電源設(shè)計(jì)人員帶來另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。首先，數(shù)據(jù)中心電源必須對(duì)需要在不到 1 微秒的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過 100A 的大階躍載荷做出響應(yīng)，同時(shí)還需保持很窄的輸出調(diào)整率。其次，必須小心可靠地管理散熱性能，才能繼續(xù)保持全功率范圍。

多相電壓調(diào)節(jié)器模塊（VRM）可以解決這些挑戰(zhàn)。VRM 提供電源轉(zhuǎn)換，一般是從 12V 輸入轉(zhuǎn)換至 1V（或更低）輸出。 要提供如此大的負(fù)載電流，更簡(jiǎn)單的方法是設(shè)計(jì)一個(gè)多相解決方案，將負(fù)載分配給多個(gè)更小的功率級(jí)（所謂的相），而不是嘗試使用單相來提供。在設(shè)計(jì)電磁和功率級(jí)，以及要從功耗的角度解決散熱問題時(shí)，想要通過單相提供太多電流是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。相比通過單相提供大電流，多相解決方案則具有高效率、小尺寸和低成本等特點(diǎn)。這與多核 CPU 類似，該 CPU 會(huì)拆分末端負(fù)載的工作負(fù)載。

對(duì)電源數(shù)據(jù)中心的數(shù)字控制

幾十年來，人們一直將模擬控制作為值得信賴的方法和電源系統(tǒng)解決方案。但是，在涉及大電流和高功率應(yīng)用時(shí)，模擬控制存在一定的缺陷。對(duì)于高端電源解決方案，電源系統(tǒng)需要更加智能化并能集成到整個(gè)解決方案中，且電源解決方案和主 CPU/ASIC 之間的通信應(yīng)該是一項(xiàng)硬性設(shè)計(jì)要求。

因此，數(shù)字控制解決方案非常適合數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。 為幫助理解，我們以 MPS 的?MP2888A?為例，這是一款數(shù)字多相控制器，可以替代傳統(tǒng)的模擬控制器。MP2888A 是一款具有 PMBus 和 PWM-VID 接口的 10 相數(shù)字多相控制器?（參見表 1）。

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