多相解決方案改善了數據中心的效率和尺寸

 

suizhezhongduanxitonggongnengdezengduo，chuligonglvyexiangyingtigao

，yimanzuxindeshujuzhongxinshejiyaoqiu。zhezhonggaochulinenglixuqiuzhuyaojizhongzaishujuzhongxinyingyongzhong，shuzizhongxincaiyonggaoduan CPU/ASIC 和處理器來運行服務器
、存儲和網絡設備。服務器和網絡設備則通過電信設備分布至網絡，然後通過 CPU/ASIC 和 FPGA 的銷售點設備、台式電腦和嵌入式計算係統進行工作。

 

在上述示例中，CPU/ASIC 和he處chu理li器qi具ju有you相xiang似si的de數shu字zi處chu理li需xu求qiu，以yi及ji相xiang似si的de功gong率lv分fen布bu。雖sui然ran如ru今jin處chu理li器qi的de尺chi寸cun不bu斷duan縮suo小xiao，但dan它ta們men采cai用yong了le更geng多duo的de晶jing體ti管guan，因yin此ci需xu要yao更geng高gao的de輸shu出chu電dian流liu，範fan圍wei一yi般ban在zai 100A 至 500A 之間，甚至更高
，具體由其複雜程度決定。 gaixingyetongguozaishuzifuzaizhongjichengdigonglvzhuangtailaitiaozhengzhezhongqingkuang。cijushideshebeinengzaikongxianshiyigengdidianliuyunxing，zaixuyaoshizaianquangonglvyunxing。zheyouliyukongzhizhenggexitongdegonglvyusuan，danhuigeiquangonglvduandedianyuanshejirenyuandailailingyixiangtiaozhan。shouxian
，shujuzhongxindianyuanbixuduixuyaozaibudao 1 微秒的時間內實現超過 100A 的大階躍載荷做出響應，同時還需保持很窄的輸出調整率。其次，必須小心可靠地管理散熱性能，才能繼續保持全功率範圍。

 

多相電壓調節器模塊（VRM）可以解決這些挑戰。VRM 提供電源轉換，一般是從 12V 輸入轉換至 1V（或更低）輸出。 要提供如此大的負載電流，更簡單的方法是設計一個多相解決方案，將負載分配給多個更小的功率級（所謂的相），erbushichangshishiyongdanxianglaitigong。zaishejidiancihegonglvji，yijiyaoconggonghaodejiaodujiejuesanrewentishi
，xiangyaotongguodanxiangtigongtaiduodianliushiyixiangjudadetiaozhan。xiangbitongguodanxiangtigongdadianliu
，duoxiangjiejuefanganzejuyougaoxiaolv、小尺寸和低成本等特點。這與多核 CPU 類似，該 CPU 會拆分末端負載的工作負載。

 

對電源數據中心的數字控製

 

jishinianlai
，renmenyizhijiangmonikongzhizuoweizhidexinlaidefangfahedianyuanxitongjiejuefangan。danshi，zaishejidadianliuhegaogonglvyingyongshi，monikongzhicunzaiyidingdequexian。duiyugaoduandianyuanjiejuefangan
，dianyuanxitongxuyaogengjiazhinenghuabingnengjichengdaozhenggejiejuefanganzhong，qiedianyuanjiejuefanganhezhu CPU/ASIC 之間的通信應該是一項硬性設計要求。

 

因此，數字控製解決方案非常適合數據中心應用。 為幫助理解，我們以 MPS 的 MP2888A 為例，這是一款數字多相控製器

，可以替代傳統的模擬控製器。MP2888A 是一款具有 PMBus 和 PWM-VID 接口的 10 相數字多相控製器 （參見表 1）.

 

表 1: MPS 數字控製器對比傳統模擬控製器

 

由於采用數字控製技術，僅需在封裝中配置一個單獨的引腳
，MP2888A便可支持PWM-VID。 如果是采用模擬控製器
，想要實現相同的功能
，一般需要使用 4個 引腳並需要額外添加7 個以上高精度外部元器件 （參見圖 1）. 雖然高精度元器件提升了設備功能
，但它們也增加了整體方案成本。 

 

a) 支持PWM-VID 和 REFIN 的模擬控製器方案電路

 

b) 支持PWM-VID 和 REFIN 的
，集成可編程寄存器MP2888A方案電路

圖1：支持PWM-VID（模擬控製器對比數字控製器）

 

傳統的模擬控製器需要采用 RC 電dian路lu來lai構gou建jian反fan饋kui補bu償chang環huan路lu。要yao優you化hua補bu償chang回hui路lu，需xu要yao進jin行xing多duo次ci迭die代dai來lai計ji算suan外wai部bu部bu件jian的de正zheng確que值zhi從cong而er滿man足zu多duo種zhong工gong作zuo條tiao件jian。在zai測ce試shi和he重zhong新xin測ce試shi係xi統tong之zhi前qian，工gong程cheng師shi還hai必bi須xu更geng改gai這zhe些xie部bu件jian。數shu字zi控kong製zhi解jie決jue方fang案an避bi免mian了le潛qian在zai的de重zhong複fu勞lao動dong，使shi係xi統tong微wei調tiao變bian得de更geng加jia容rong易yi。

 

因為具有自動環路補償功能，數字控製解決方案無需使用任何外部元器件，且可以通過使用 PMBus 調整寄存器設置來輕鬆完成微調。還可以使用一個寄存器來正確設置公差範圍
，由此輕鬆完成負載-線性校準——在超頻期間
，此功能非常有用，可以幫助穩定 CPU/ASIC。與數字控製器相比，模擬控製器需要使用14 個以上外部部件來進行環路補償和負載-線性校準（參見圖 2）。 模擬控製器。 (參見圖2). 

 

圖 2: 負載-線性和環路補償（模擬控製器對比數字控製器）

 

數字控製器可以簡化係統設計。 對於工程師而言
，可以幫助簡化 PCB 布局設計。 圖 3 為模擬控製器和數字控製器對比圖。 數字控製器可以節省 36% 的占板麵積，需要的傳統部件數量不到原來的一半。

 

圖 3: PCB 布局的複雜程度（模擬控製器對比數字控製器）

 

典型的模擬控製器使用一個 PWM 信號來驅動單個功率級。對於數據中心等高功率應用，其處理器要求至少 500A 或更高的負載電流，一般采用的方法是：

 

1. 選擇相位數量最多的控製器（例如 20 個相位）

2. 使用倍相器
，通過生成兩個交錯並聯的信號（由原始信號構成）來使相位數量翻倍

 

但是，目前市麵上尚沒有 20 相模擬或數字控製器，而且倍相器會增加部件數量和成本
，同時增高係統設計的複雜性。

 

與此相反，數字控製器（例如 MP2888A）可以通過一個通用 PWM 信號來驅動兩個功率級 (參見圖4).此類數字控製器無需采用倍相器，還可確保兩個功率級之間的均流。因此，一個 10 相數字多相控製器堪比 20 相係統設計。 

 

圖 4: MP2888A 采用一個常用 PWM 信號來驅動兩個Intelli-PhaseTM設備

 

結論

 

多相解決方案已逐步發展為數字控製方案，它能夠更有效地解決大電流/功率應用挑戰，例如數據中心此類應用。通過采用數字控製解決方案

，可以大幅降低部件選擇
、環路/性能優化和布局等帶來的負擔。這些控製解決方案縮短了整體設計和解決係統故障所需的時間，最終加快了上市速度。

 

 

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