隨著AI算力需求爆發(fā)式增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)正面臨前所未有的壓力——GPU負(fù)載激增、48V母線轉(zhuǎn)型加速、高功率密度與高效率的平衡難題接踵而至。在此背景下，德州儀器(TI)近日發(fā)布兩款電源管理芯片：集成式48V熱插拔電子保險(xiǎn)絲TPS1685與TOLL封裝氮化鎵功率級(jí)LMG3650。這兩款產(chǎn)品通過高度集成與高頻性能優(yōu)化，直擊現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)的核心痛點(diǎn)，為行業(yè)提供了一條兼顧效率、安全與成本的進(jìn)階路徑。

TPS1685以集成化與可擴(kuò)展性重塑數(shù)據(jù)中心48V電源設(shè)計(jì)新標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)代AI數(shù)據(jù)中心驅(qū)動(dòng)著云計(jì)算、人工智能、5G等技術(shù)的迅猛發(fā)展，隨之而來的是現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心對(duì)電源需求的急劇攀升，更高的功率密度和效率、更強(qiáng)的保護(hù)、更集成的功能成為行業(yè)的核心挑戰(zhàn)。德州儀器新發(fā)布的集成式熱插拔電子保險(xiǎn)絲TPS1685最突出的特征是可并聯(lián)，可往上拓展功率，當(dāng)研發(fā)工程師需要更高的電流就可以并聯(lián)較多的設(shè)備，將功率擴(kuò)展到6kW以上。相比于分立式熱插拔控制器和外部場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的功率4kW，有了大幅度提升。

同時(shí)TPS1685將元件數(shù)量和解決方案尺寸減少50%，設(shè)計(jì)更加小巧。每個(gè)集成式熱插拔電子保險(xiǎn)絲都有一個(gè)電流傳感器去管理每個(gè)元件上流過的電流，無(wú)需檢測(cè)電阻和電流傳感放大器即可監(jiān)測(cè)電流。它采用業(yè)界通用封裝的可堆疊器件，緊湊的30mm²薄型四方扁平無(wú)引腳(LQFN)封裝，帶來可靠且智能的電源路徑保護(hù)。

在發(fā)布TPS1685電子保險(xiǎn)絲的同時(shí)，德州儀器也做了相應(yīng)的EVM，德州儀器(TI)系統(tǒng)經(jīng)理游聲揚(yáng)表示，德州儀器做了3個(gè)電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)的方案。這款EVM是5kW，如果用傳統(tǒng)式分立的晶體管，和控制器分開的話，它的尺寸是380cm²。而如果用集成式的熱插拔電子保險(xiǎn)絲，它的尺寸是30mm²，大大降低尺寸的同時(shí)，電源功率密度也大大提升了。

這一款TPS1685提供很多特色功能。它可以準(zhǔn)確快速地響應(yīng)故障事件，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。集成式黑匣子的功能可以記錄各式各樣的故障情況，當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候可以把這個(gè)數(shù)據(jù)讀出來，去了解這個(gè)故障是由何種情況引起。因?yàn)檫@個(gè)器件使用在服務(wù)器電源或是預(yù)中心電源，而GPU的動(dòng)態(tài)負(fù)載比CPU來得更劇烈，所以常常會(huì)有過載的情況，它是瞬時(shí)過載，又回到正常的過載。在這種情況下我們需要確保電子保險(xiǎn)絲避免觸發(fā)保護(hù)的情況，所以在這款TPS1685中搭配過流消隱計(jì)時(shí)器，可以避免在短時(shí)間動(dòng)態(tài)過流出現(xiàn)誤觸發(fā)的情況。同時(shí)在這款電子保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)里，德州儀器使用主動(dòng)的晶體管的RDS調(diào)節(jié)機(jī)制，可以借此提高精度并優(yōu)化并聯(lián)器件之間的電流均衡程度。除此之外，F(xiàn)ET安全工作區(qū)有保障，具備FET運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)功能。

傳統(tǒng)電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)運(yùn)行面臨著巨大挑戰(zhàn)，漏源導(dǎo)通電阻(RDS (ON))、PCB布線電阻和比較器閾值之間存在不匹配問題，電子保險(xiǎn)絲之間的電流共享不均可導(dǎo)致過早跳閘或誤跳閘。德州儀器的解決方案是利用互連IMON引腳來限制整個(gè)系統(tǒng)的總電流。將一個(gè)電子保險(xiǎn)絲指定為主控制器來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總電流，避免路徑電阻不匹配導(dǎo)致的誤差，輕松實(shí)現(xiàn)電子保險(xiǎn)絲擴(kuò)展，無(wú)需手動(dòng)計(jì)算與設(shè)計(jì)。

目前TPS1685已上市，德州儀器提供兩種EVM，一個(gè)是具有兩個(gè)并聯(lián)的TPS1685電子保險(xiǎn)絲，可以用來評(píng)估54V（典型值）電壓和40A（穩(wěn)態(tài)）電流設(shè)計(jì)；另一個(gè)是5kW EVM，具有三個(gè)電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)的性能。

TOLL封裝+集成驅(qū)動(dòng)，LMG3650助力簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)定義

德州儀器發(fā)布的另一款是氮化鎵新品LMG3650。德州儀器的氮化鎵器件一直以來都是集成式器件。我們都知道氮化鎵或砷化鎵都可以切換到比較快的速度，如果我們用的驅(qū)動(dòng)器不是集成的話，從驅(qū)動(dòng)器到氮化鎵晶體管之間的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)的感量就比較高，這樣就不容易操作在比較高頻率的工作范圍，這就很大地限制了我們用氮化鎵的意義。但德州儀器把驅(qū)動(dòng)器集成在氮化鎵里，就可以容許更高頻的操作。一般氮化鎵的切換速度非常快，可以達(dá)到100V/ns或150V/ns。在這么快的切換速度下，研發(fā)工程師可以很好地降低切換丟失，但缺點(diǎn)是它會(huì)造成很高的EMI干擾，不管是近場(chǎng)輻射或是傳導(dǎo)的EMI干擾都會(huì)造成影響。為了應(yīng)對(duì)這樣的挑戰(zhàn)，一般氮化鎵的設(shè)計(jì)需要去對(duì)這種電源控制器的布板做更好的優(yōu)化。

全新集成式GaN功率級(jí)產(chǎn)品系列LMG3650是一個(gè)TOLL封裝的GaN FET，它將TI GaN技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與TOLL封裝相結(jié)合。在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高效率(>98%)和高功率密度(>100W/in3)。對(duì)于工程師來說利用常見的TOLL封裝的氮化鎵器件可以做更多的選擇。

在談及如何適配不同功率場(chǎng)景需求時(shí)，德州儀器(TI)系統(tǒng)經(jīng)理游聲揚(yáng)介紹說：“LMG3650是一個(gè)650V的GaN FET，目前我們提供了3種不同的Rdson，有25mΩ、35mΩ、70mΩ，不同的Rdson相對(duì)應(yīng)于不同的功率等級(jí)，比較低Rdson的我們會(huì)對(duì)應(yīng)高一點(diǎn)的功率等級(jí)，比較高的Rdson相對(duì)本身的COSS會(huì)比較小，從而提供給客戶比較好的選擇。有些設(shè)計(jì)可能比較重視傳導(dǎo)干擾，需要傳導(dǎo)干擾低一點(diǎn)的，可能25mΩ的產(chǎn)品好一些；如果希望開關(guān)干擾小一點(diǎn)，可以選擇35mΩ，德州儀器提供不同的方案供客戶做選擇。”

LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070的預(yù)生產(chǎn)樣品現(xiàn)已在TI.com上開放購(gòu)買。目前提供三種不一樣的評(píng)估模塊：LMG3650EVM-113，LMG3650EVM-114，LMG3650EVM-115。

從CPU到GPU，從12V到48V母線，數(shù)據(jù)中心的電源架構(gòu)正在經(jīng)歷一場(chǎng)靜默革命。面對(duì)這一趨勢(shì)，德州儀器以兩款創(chuàng)新產(chǎn)品給出了答案：TPS1685通過并聯(lián)設(shè)計(jì)與大幅體積縮減降低開發(fā)門檻，LMG3650則以TOLL封裝拓寬氮化鎵的應(yīng)用邊界——這兩項(xiàng)技術(shù)突破不僅為服務(wù)器廠商提供了“即插即用”的解決方案，更將加速48V母線和高頻電源的普及進(jìn)程。在這場(chǎng)效率與密度的競(jìng)賽中，TI的電源管理方案正在成為數(shù)據(jù)中心升級(jí)的秘密武器。