隨著高性能計(jì)算和人工智能不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)中心需要高功率密度的高效解決方案來(lái)支持最新的中央處理單元、圖形處理單元 (GPU) 和硬件加速器。然而，由于需要提高功率密度并轉(zhuǎn)向48V 電源架構(gòu)來(lái)滿足處理需求，這帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，尤其是在以下情況下：保持可靠性、效率和可擴(kuò)展性的同時(shí)，管理大于 6kW 的功率級(jí)別。

不斷提高的電源要求通常會(huì)導(dǎo)致解決方案尺寸更大、設(shè)計(jì)復(fù)雜，且故障檢測(cè)和保護(hù)效率低下。此外，在管理高電流的同時(shí)，確保安全運(yùn)行和更大限度地降低功率損耗也是一個(gè)重要問(wèn)題。與分立式場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)結(jié)合使用的傳統(tǒng)熱插拔控制器在高功率應(yīng)用中面臨巨大的局限性。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，TI 具有電源路徑保護(hù)功能的48V 熱插拔電子保險(xiǎn)絲器件旨在為數(shù)據(jù)中心應(yīng)用提供可靠的緊湊型解決方案。與需要使用外部感應(yīng)電阻器和電流傳感放大器進(jìn)行電流監(jiān)測(cè)的方法不同，TPS1689和TPS1685通過(guò)集成這些功能簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，將解決方案尺寸縮減多達(dá) 50%，同時(shí)提供無(wú)縫可擴(kuò)展性以支持高功率級(jí)別。

TPS1689其中一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)功能在于消隱計(jì)時(shí)器，它通過(guò)使系統(tǒng)區(qū)分峰值負(fù)載電流和實(shí)際故障情況來(lái)防止誤跳閘。此功能可提高系統(tǒng)可靠性并避免不必要的關(guān)斷。該器件還支持堆疊功能，以提高電流處理能力，從而使多個(gè)器件能夠在高功率應(yīng)用中協(xié)同工作。

用于故障記錄的集成式黑盒、有保證的 FET 安全工作區(qū)、主動(dòng)電流均流和運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)可進(jìn)一步提高系統(tǒng)恢復(fù)能力。TPS1689采用業(yè)界通用封裝，提供電源管理解決方案，確保可靠運(yùn)行。

加強(qiáng)服務(wù)器保護(hù)并提升性能

消隱計(jì)時(shí)器在系統(tǒng)保護(hù)和性能優(yōu)化之間實(shí)現(xiàn)了平衡，因此在企業(yè)服務(wù)器系統(tǒng)中具有優(yōu)勢(shì)。如圖 1 中所示，此功能可在不觸發(fā)斷路器的情況下使短瞬態(tài)過(guò)載通過(guò)，從而確保 AI、GPU 和處理器密集型應(yīng)用中常見(jiàn)的臨時(shí)高振幅負(fù)載脈沖不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中斷。但是，在持續(xù)過(guò)流事件期間，電子保險(xiǎn)絲會(huì)立即關(guān)斷電路。

其他優(yōu)勢(shì)包括：

成本優(yōu)化。消隱計(jì)時(shí)器可更大限度地降低對(duì)超大電源單元 (PSU) 的需求，并減少并聯(lián)配置所需的電子保險(xiǎn)絲數(shù)量。這可在確保可靠運(yùn)行的同時(shí)，大大降低物料清單成本。

提高了功率密度。通過(guò)縮減高載流元件的數(shù)量和尺寸，可實(shí)現(xiàn)更緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，釋放寶貴的印刷電路板 (PCB) 空間并改善熱管理。

靈活性和定制。通過(guò)可編程故障間隔，設(shè)計(jì)人員可以微調(diào)系統(tǒng)響應(yīng)以匹配特定瞬態(tài)曲線，從而優(yōu)化獨(dú)特工作負(fù)載的性能。

圖 1：用戶定義的消隱后的過(guò)流響應(yīng)（斷路器）

可以將過(guò)流保護(hù)閾值設(shè)置為熱設(shè)計(jì)電流的 1.1 倍，而不考慮最大瞬態(tài)負(fù)載（通常為 1.7 倍）。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)需要 PSU 來(lái)支持峰值瞬態(tài)電流，與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，此方法可降低 PSU 的尺寸和成本。這些優(yōu)勢(shì)使消隱計(jì)時(shí)器成為高性能服務(wù)器系統(tǒng)的關(guān)鍵功能。

先進(jìn)的堆疊和電流均流解決方案

AI 驅(qū)動(dòng)型處理器和服務(wù)器的功率需求不斷提高，因此需要高效的配電系統(tǒng)，而智能電子保險(xiǎn)絲在其中發(fā)揮了重要作用。由于漏電導(dǎo)通電阻 (RDS (ON))、PCB 走線電阻和比較器閾值不匹配，電子保險(xiǎn)絲的傳統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行（如圖 2 中所示）帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。這些不匹配會(huì)導(dǎo)致電子保險(xiǎn)絲之間的電流共享不均（某些電子保險(xiǎn)絲承載的電流比其他電子保險(xiǎn)絲多），且通常會(huì)導(dǎo)致各個(gè)電子保險(xiǎn)絲過(guò)早跳閘，即使系統(tǒng)總電流低于跳閘閾值也是如此。這種誤跳閘會(huì)導(dǎo)致不必要的系統(tǒng)關(guān)斷、降低可靠性，并加劇運(yùn)行效率低下的情況。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，TI 在利用互連 IMON 引腳的電子保險(xiǎn)絲中引入了一種系統(tǒng)總電流限制方法。此方法將一個(gè)電子保險(xiǎn)絲指定為主控制器來(lái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總電流。通過(guò)依賴于總電流而不是各個(gè)電子保險(xiǎn)絲電流，該系統(tǒng)可避免路徑電阻不匹配導(dǎo)致的誤差，并確保系統(tǒng)僅在必要時(shí)跳閘，從而提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

圖 2：電子保險(xiǎn)絲并聯(lián)堆疊，支持更高的電流負(fù)載

主動(dòng)電流均流技術(shù)通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整 FET 的 RDS (ON)，在電子保險(xiǎn)絲之間實(shí)現(xiàn)平衡電流均流，從而幫助實(shí)現(xiàn)高效配電。當(dāng)一個(gè)電子保險(xiǎn)絲承載不成比例的更高電流時(shí)，增大其 RDS (ON)會(huì)略微使電流在所有器件中更均勻地重新分配。這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)可更大限度地減小各個(gè)電子保險(xiǎn)絲的熱應(yīng)力，從而在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)提高系統(tǒng)可靠性。

在接近過(guò)流保護(hù)閾值時(shí)進(jìn)行主動(dòng)電流均流可確保其僅在必要時(shí)工作，以避免電流較低時(shí)出現(xiàn)不必要的功率損耗。通過(guò)在處于最佳閾值時(shí)啟用主動(dòng)電流均流，系統(tǒng)可在高電流運(yùn)行期間均勻分配熱應(yīng)力，提高長(zhǎng)期可靠性。

結(jié)語(yǔ)

熱插拔電子保險(xiǎn)絲器件具有更高的功率密度、簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)、增強(qiáng)的保護(hù)和成本優(yōu)化功能，可為高性能計(jì)算應(yīng)用帶來(lái)更高效可靠的電源管理。消隱計(jì)時(shí)器和堆疊功能等功能的集成進(jìn)一步增強(qiáng)了這些器件的適用性，可滿足現(xiàn)代 AI 數(shù)據(jù)中心不斷增長(zhǎng)的功率需求。