给云供电
身处社会，咱们每天都在创立、运用和共享史无前例的数据，无论是在咱们的个人日子中仍是在咱们作业的时分。此外，联接数十亿设备并不断添加的物联网(IoT)正在创立数据，彻底无需人类协助。跟着移动技能发展到第五代(5G)，将有才干创立更多的数据并以比以往任何时分都更快的速度运转，然后为数据添加的趋势供给更大的动力。
所有这些数据都需求存储在某处，以进行处理和保存记载。咱们日渐转向“云”以保护这重要信息。可是，“云”并不是个虚无的当地，它以巨大的数据中心的方式牢固地扎根，这些数据中心的规划和数量正在迅速添加，以应对对额定存储容量不断添加的需求。
毫不古怪，数据中心需求很多的电力才干运转。现在，据估计，它们耗费了美国国内约3%的电力，虽然这一份额估计在未来20年内将上升到15%。每年出货的服务器超越一千万台，这一数字还在以每年约5%的速度添加，以满意包含虚拟实境(VR)/增强实境(AR)、人工智能(AI) 练习和IoT等新式运用日益添加的需求。
电源能效和牢靠性或许是数据中心职业最重要的议题，由于物理空间十分名贵，电能本钱不断上涨，而体系牢靠性至关重要。跟着能效的进步，作业温度下降，这自身就进步了牢靠性。这也使电源计划更紧凑，然后节约空间，或支撑可用空间归入更多的核算才干和存储容量。
虽然进行了牢靠性规划，但在数据中心的运用寿命期间，具有活动部件的组件如磁盘驱动器和电扇仍会磨损而且或许会发生毛病。因而，有必要将电源体系规划为答应对这些器材进行热插拔、交流，以便修理和晋级不会导致体系停机。
技能供给计划处理电源应战
为应对数据中心带来的应战，电源计划有必要更小、更紧凑、更高效和更精细。MOSFET技能有明显改善，支撑将操控IC和MOSFET集成在一个十分高效和紧凑的封装中。
例如，安森美半导体的NCP3284 DC-DC转化器在5 mm x 6 mm的细小面积内具有30 A接连（45A脉冲）的才干，作业频率高达1MHz，可削减外部电感器和电容器的尺度和分量。该集成器材还集成多种保护功用和可编程软启动。
功率密度水平更高的是智能电源级(SPS)计划如FDMF3170。SPS集成MOSFET与先进的驱动器IC及电流和温度传感器，支撑高电流、高频、同步降压DC-DC转化器规划。
这全集成的办法使SPS在驱动器和MOSFET的动态功用、体系寄生下降和MOSFET导通电阻得以优化。FET对通过优化，可完成最高能效，尤其是在对现代能效要求如80 plus十分严厉的低占空比运用。
图1：多相操控器和DrMOS电源级供给计划
高精度电流监控（IMON）可用于替代电感器DCR或电阻器检测办法，然后消除了一般与此类办法相关的损耗。
在现代数据中心服务器体系中，即使是不起眼的保险丝也进行了改造。重要的是，在RAID体系、磁盘驱动器电源和服务器I/O卡等运用中，玻璃盒中的熔丝已被根据半导体的智能电子熔丝(eFuse)替代。eFuse运用低导通电阻MOSFET，在正常运转期间和发生热插拔时保护外设。实际上，它们可用于或许发生电源毛病或负载毛病以及或许需求约束浪涌、冲击电流的任何运用。除了为器材、连接器和PCB走线供给保护之外，它们还能由体系操控，而且许多都可供给有用的遥测功用如监测温度和电流。
安森美半导体的NCP81295/6热插拔操控器支撑最高60A峰值电流（接连50A），根据0.8m Ω的内部MOSFET以完成高效运转。它们选用5mm x 5mm 32引脚QFN封装，供给闩锁或主动重试版别，适合在高达+125°C的温度下运用。
另一个eFuse ——NIS5021是12V、12A系列器材，常与热插拔硬盘一同运用。它缓冲HDD，使其不处于或许损坏灵敏电路的任何过输入电压。内置电压钳位约束输出电压以保护负载，一起坚持接连供电，使驱动器可继续正常作业。
杂乱体系如服务器一般需求对其电源体系进行智能操控，以保证正常运转以及尽或许高的能效水平。负载办理器材支撑对电源轨进行分段，然后完成精细操控。答应电路的未运用部分断电，有助于启动时上电排序和下降运营本钱。反过来，较低的功率水平会导致体系中的热量削减，然后进步牢靠性和添加运用寿命。大多数负载开关还支撑转化速率操控，并可在毛病条件下供给保护。
体系规划人员运用集成的负载开关如安森美半导体的NCP455xx系列，可获得这些优点，且添加的体系器材数量尽或许少。高功用器材供给紧凑的计划，比分立式计划削减约60％的PCB占用空间。
宽禁带技能
或许对服务器电源体系的尺度、牢靠性、能效和运转本钱发生积极影响的最严重的发展是迈向根据宽禁带(WBG)资料如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)的半导体。WBG器材规划比硅基器材具有更高的能效，还能在更高的频率和更高的温度下作业。
图2：宽禁带资料比较
例如，在服务器电源运用中常见的5kW升压转化器中，用SiC开关替代Si开关可在80kHz左右的频率下下降73％的损耗，然后明显进步体系能效。这有助于使体系更小，由于需求的热办理更少，还可使体系运转温度更低，然后进步牢靠性和完成更高的器材和体系密度。
虽然SiC MOSFET比平等IGBT更贵，但在无源器材如电感和电容方面的相关本钱节约了75％，这导致SiC规划比Si规划的总物料单(BOM)本钱低。更重要的是，在服务器装置的整个生命周期中，节约的动力本钱总计可达数万乃至数百万美元。
| 开关 | SiC MOSFET | Si MOSFET | Si IGBT |
| 击穿电压 |
1200 |
1200 | 1200 |
| Ron*面积(同类的) | 1 | 100 | 3—5 |
| 开关损耗(同类的) | 1 | 3—5 | 10 |
SiC MOSEFT：挨近抱负的开关
很好地结合低导通电阻(Rds-on)和低开关损耗，用于更高的电压(>600 V)
图3：SIC MOSFET的优势
小结
对海量和日增的数据存储的需求正创立一个十分有竞争力的数据中心环境。占位空间和电能是最大两个的本钱，跟着运营商寻求下降这些本钱，他们要求更高效、更牢靠和更小的电源计划用于服务器和存储设备。
虽然在规划成功的服务器电源计划时需求考虑许多方面，但高度集成的器材如集成的MOSFET、SPS、eFuse和负载办理等使规划人员可以创立高效、紧凑和牢靠的精细电源计划。eFuse在保护正常运转时刻方面发挥着关键作用，由于它们便于简单呈现毛病的设备如HDD和电扇进行热交流。
展望不久的将来，WBG资料有望在尺度和功用方面完成进一步的改动，并进步牢靠性和能效，然后削减运营开销。现在，WBG计划的BOM本钱可与相似的硅规划适当或更低，因而这些器材的选用有望加快。
