隨著AI算力需求爆發(fā)式增長，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熱插拔電子保險絲TPS1685與TOLL封裝氮化鎵功率級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)計的核心痛點，為行業(yè)提供了一條兼顧效率、安全與成本的進階路徑。

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

現(xiàn)代AI數(shù)據(jù)中心驅(qū)動著云計算、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)中心對電源需求的急劇攀升，更高的功率密度和效率、更強的保護、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，將功率擴展到6kW以上。相比于分立式熱插拔控制器和外部場效應(yīng)晶體管(FET)的功率4kW，有了大幅度提升。

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

在發(fā)布TPS1685電子保險絲的同時，德州儀器也做了相應(yīng)的EVM，德州儀器(TI)系統(tǒng)經(jīng)理游聲揚表示，德州儀器做了3個電子保險絲并聯(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絲，它的尺寸是30mm²，大大降低尺寸的同時，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)生的時候可以把這個數(shù)據(jù)讀出來，去了解這個故障是由何種情況引起。因為這個器件使用在服務(wù)器電源或是預(yù)中心電源，而GPU的動態(tài)負(fù)載比CPU來得更劇烈，所以常常會有過載的情況，它是瞬時過載，又回到正常的過載。在這種情況下我們需要確保電子保險絲避免觸發(fā)保護的情況，所以在這款TPS1685中搭配過流消隱計時器，可以避免在短時間動態(tài)過流出現(xiàn)誤觸發(fā)的情況。同時在這款電子保險絲的設(shè)計里，德州儀器使用主動的晶體管的RDS調(diào)節(jié)機制，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運行狀況監(jiān)測功能。

傳統(tǒng)電子保險絲并聯(lián)運行面臨著巨大挑戰(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引腳來限制整個系統(tǒng)的總電流。將一個電子保險絲指定為主控制器來監(jiān)測系統(tǒng)總電流，避免路徑電阻不匹配導(dǎo)致的誤差，輕松實現(xiàn)電子保險絲擴展，無需手動計算與設(shè)計。

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

TOLL封裝+集成驅(qū)動，LMG3650助力簡化設(shè)計定義

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)動器不是集成的話，從驅(qū)動器到氮化鎵晶體管之間的閉環(huán)驅(qū)動的感量就比較高，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?？欤梢赃_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，但缺點是它會造成很高的EMI干擾，不管是近場輻射或是傳導(dǎo)的EMI干擾都會造成影響。為了應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)，一般氮化鎵的設(shè)計需要去對這種電源控制器的布板做更好的優(yōu)化。

全新集成式GaN功率級產(chǎn)品系列LMG3650是一個TOLL封裝的GaN FET，它將TI GaN技術(shù)的優(yōu)勢與TOLL封裝相結(jié)合。在簡化設(shè)計的同時，實現(xiàn)高效率(>98%)和高功率密度(>100W/in3)。對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景需求時，德州儀器(TI)系統(tǒng)經(jīng)理游聲揚介紹說：“LMG3650是一個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相對應(yīng)于不同的功率等級，比較低Rdson的我們會對應(yīng)高一點的功率等級，比較高的Rdson相對本身的COSS會比較小，從而提供給客戶比較好的選擇。有些設(shè)計可能比較重視傳導(dǎo)干擾，需要傳導(dǎo)干擾低一點的，可能25mΩ的產(chǎn)品好一些；如果希望開關(guān)干擾小一點，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上開放購買。目前提供三種不一樣的評估模塊：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)歷一場靜默革命。面對這一趨勢，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程。在這場效率與密度的競賽中，TI的電源管理方案正在成為數(shù)據(jù)中心升級的秘密武器。