雲端電源是指傳輸、儲存及處理雲端數據設備的電源;在電信或傳輸應用中,雲端電源將為基頻單元及遠程無線電單元供電。在用於儲存及處理的伺服器機群中,大型不斷電系統(UPS)可以確保用戶在暫時斷電時仍能連接雲端。每台伺服器還將需要一個電源單元(PSU),及眾多DC-DC轉換器來提供負載點電源。

網路上可使用的數據及服務正呈現爆發式成長,造成對雲端基礎設施的需求激增。雲端基礎設施主要包括資料中心及通訊基礎設施,是實現各種全天網路應用與服務的基礎。電源轉換能效大幅影響雲端服務供應商的運營支出。希望持續降低能源成本的需求不斷提高,產業標準及政府監管也日趨嚴格,擴大容量及網路覆蓋範圍的需求推動需要更高密度的方案,雲端電源設計面臨高能效及高功率密度的挑戰。

電源半導體供應商安森美半導體(ON Semi)致力於推動高能效創新,提供全功率範圍、高能效、高功率密度的雲端電源方案,包括AC-DC轉換、多相轉換、負載點電源、熱插拔保護、時脈等矽方案及下一代半導體碳化矽(SiC)與氮化鎵(GaN),支援基地台、企業伺服器、資料中心或雲端運算等雲端基礎設施。

在大型資料中心中,提高CPU及記憶體多相穩壓器的能效,可節省大量能源開支。例如將能效從95%提升至95.5%,每年可節省數以百萬計美元的能源支出。安森美半導體的智慧功率級元件(SPS)系列,在一個QFN封裝中整合高邊FET、低邊FET 和驅動器 IC、保護及遙測功能,用以將伺服器系統最佳化,實現最佳能效、降低BOM成本,尤其第三代智慧功率級元件SPS3為伺服器多相穩壓器提供同類最佳的電源轉換能效。

針對較高電壓應用,包括電信基地台、伺服器與雲端應用中未來的48 V匯流排,安森美半導體提供業界首款100 V橋式功率級FDMF8811,實現全橋與半橋隔離型DC - DC轉換器的更高功率密度及高能效及高可靠性,用於功率模組中的DC-DC轉換器與無線基地台的載板設計。

FDMF8811在一個6.0 mm x 7.5 mm 的PQFN 封裝中整合一個120 V閘極驅動器、一個自舉二極體和兩個功率MOSFET,導通電阻典型值低至4.1 mΩ。與分立方案相比,FDMF8811減少DC-DC 轉換器設計所需的板面積約三分之一,使工程師能夠設計更小的系統。

透過整合所有的關鍵功率元件,FDMF8811將設計最佳化,保持盡可能高的能效,使雲端應用如無線基地台、功率模組或任意載板、隔離型DC-DC轉換器實現更高水準的功率密度。同時,低電壓應力確保更高的可靠性。

高電流的POL設計存在一系列的挑戰,除了高能效和高功率密度,還需要具有可編程性和靈活性、快速的瞬態回應、嚴格的容限及精確度、可靠的保護及卓越的熱管理。安森美半導體提供全系列負載點電源方案,解決這些挑戰。

如最新的多晶片模組PWM降壓穩壓器系列FAN6500xx,提供領先市場的電流密度和整合度,峰值能效達98.5%,輸出電流高達10 A,輸出功率達100W,支援4.5V至65V的寬輸入電壓範圍,適用於電信基礎設施及基頻板、工業自動化、DC-DC模組、通用POL等廣泛應用。

多晶片方案的一個巨大優勢是能在閘極驅動器及MOSFET之間進行設計最佳化,模組化方案意味著電源設計中只有單一故障點。FAN6500xx整合了PowerTrench MOSFET技術,比使用一個外部MOSFET的方案具有更低的振鈴及更好的電磁干擾(EMI),結合經歷時間測試的固定頻率控制方法與靈活的Type III補償與穩固的故障保護,如可調過流保護、熱關斷、過壓保護及短路保護,提供更高的可靠性。

FAN6500xx具有可編程及可同步的開關頻率(100 kHz-1 MHz)特性,能解決更高的功率要求,當並行使用多個FAN6500xx元件時,可以保證低的輸入漣波。FAN6500xx有3個版本:6A (FAN65004B)/8A (FAN65005A)/8A (FAN65008B),所有元件之間的引腳相容性與擴展性確保了OEM能夠為其應用選擇最理想的元件。

下一代無線連結5G將需要大量的功率MOSFET。安森美半導體提供高性能的分立方案,其新的650 V SuperFETIII MOSFET系列能比上一代超級結元件提供更高的能效。SuperFETIII技術提供易驅動(Easy Drive)、快恢復(FRFET)和快速(FAST)三種不同的版本,設計人員可依應用需求及拓撲結構選擇最適合的版本,實現最佳能效。

針對次級端,安森美半導體提供全系列最佳化的中、低壓MOSFET用於雲端電源。T6技術為30V、40V及60V提供業界最低的導通電阻。新的T8技術為25V、40V、60V及80V提供與T6相同的超低導通電阻,同時進一步改善開關參數。對於80V、100 V與120 V,採用PTNG技術,提供出色的導通電阻和二極體性能。

寬能隙材料如SiC、GaN與矽相比有巨大的優勢,是下一代功率元件的基礎,能解決更高能效及更高功率密度的挑戰,同時確保高的可靠性。安森美半導體提供一系列具有不同功率密度的寬能隙產品,以配合不同的功率應用。

SiC二極體因為低的反向恢復電荷(Qrr)明顯提高系統的能效,大幅降低開關損耗,進而實現更高的開關速度。它們還具有穩定的高溫特性,能在高溫下工作而不增加開關損耗。SiC二極體主要用於電源功率因數校正(PFC)級。安森美半導體擁有完整的650V和1200V SiC二極體產品陣容,涵蓋所有功率範圍。

同時,安森美半導體正積極開發1200V SiC MOSFET、GaN MOSFET,以更好地配合市場發展及設計需求。而由於安全性在電源應用中至關重要,安森美半導體提供高性能及高可靠性的電子保險絲,用於12V、5V及3.3V電源,以防止高浪湧電流、電壓尖峰及熱耗散。

時脈是電子系統中的關鍵元素,其性能對整個系統的穩定運作至關重要。安森美半導體提供全面的時脈產生元件(包括各種時脈模組和可編程時脈)與時脈分配元件(PLL 零延遲緩衝器、扇出驅動器等)。一次性可編程時脈產生器Omniclock平台提供高度的設計靈活性及豐富功能,可以很好地配合安森美半導體的時脈方案運作,增強系統可靠性,滿足系統低功耗要求。針對特定需求,安森美半導體也設計ASIC。

資料傳輸的速度在不斷加快,在更高的速度下,訊號衰減問題也不能忽視。安森美半導體提供單通道及雙通道轉接驅動器產品系列,透過OE接腳深度省電,提高出色的隨機抖動性能,實現延長訊號距離達36吋FR4 或5m電纜@ 5Gbps、10吋FR4 @ 10Gbps。

雲端電源設計面臨高能效、高功率密度、高可靠性的挑戰。安森美半導體致力於推動高能效創新,憑藉強大的技術、應用知識及豐富的產業經驗,為雲端基礎設施(包括企業伺服器及無線基礎設施)提供全功率範圍、高能效、高功率密度、可靠的端對端供電電源及數據完整性方案,並處於開發下一代寬能隙產品的前沿,解決設計挑戰,滿足市場需求。