如何在高性能计算的需求与能源效率的追求之间找到平衡，是推动数据中心持续演进的关键所在。在这一背景下，半导体设计的重要性日益凸显。从高效的电源管理方案到先进的功率器件，都需要半导体厂商提供更智能、更可靠的创新支持。
在传统的数据中心中，服务器电源和数据中心主要以CPU为主，但如今负载逐渐转向AI云端，GPU的应用日益增多。相对于CPU而言，GPU需要更大的功率和功耗，这对电源管理方案提出了更高的要求，包括更高的功率密度、更高的效率以及更强的电源安全保障。 此外，随着系统卡数量的增加，如何确保系统可靠性也成为一个重要的考量因素。
全新集成式热插拔电子保险丝：小尺寸，高密度，易扩展
面对这些挑战，德州仪器（TI）推出了新款电源管理芯片TPS1685，以满足现代数据中心快速增长的电源需求。
“TPS1685拥有三大核心优势。”德州仪器系统经理游声扬如是说。
德州仪器系统经理 游声扬
1、集成化优势：缩小尺寸，提升精度
TPS1685的核心优势在于其高度的集成性。与分立式热插拔控制器相比，它能够将元件数量减少高达50%，从而大幅缩小电路板尺寸，实现更紧凑的设计。这种集成化的设计不仅节省了宝贵的空间，更通过精确的内部电路布局，提升了电流管理的精度。此外，每个TPS1685都内置了电流传感器，能够实时监控并管理流经各个元件的电流，进一步确保系统的可靠性。该电子保险丝采用业界通用的封装，为工程师进行设计和布局提供了便利。
2、并联扩展，满足更高功率需求
TPS1685具备出色的并联能力，用户可以根据实际应用所需的电流大小，灵活地并联多个器件，轻松扩展系统的功率输出。德州仪器针对TPS1685推出了相应的EVM（评估模块），展示了三个器件并联的5kW解决方案，其尺寸仅为30平方厘米，远小于传统分立式方案所需的380平方厘米，功率密度得到了显著提升。
3、丰富特性，保障系统稳定运行
TPS1685具备多种先进特性，以确保系统在各种工况下的稳定运行。它能够快速响应各种故障事件，并集成了黑匣子功能，可以记录故障发生时的各种参数，方便用户在故障后进行分析和排查，了解故障原因，从而提高系统恢复能力。
此外，TPS1685还具备过流消隐计时器，该功能通过区分峰值负载电流和实际故障情况来防止误跳闸，这对于企业服务器系统尤其重要，它允许短瞬态过载通过而不触发保护，确保在AI、GPU和处理器密集型应用中常见的临时高振幅负载脉冲不会导致系统中断，同时在持续过流事件期间，电子保险丝会立即关断电路。
在器件设计上，TPS1685特别针对晶体管的安全融合区进行了设计，确保晶体管在可靠的工作范围内运行。
为了实现并联运行时的电流均衡，TPS1685采用了主动电流均流技术，通过主动的晶体管导通电阻（RDS(on)）调节机制，利用栅极电压和流过晶体管的电流来平衡并联器件之间的电流。
此外，TPS1685还配备了互联的电流传感器，并利用IMON引脚将并联的各个电子保险丝连接起来，确保它们之间实现良好的电流平衡，这有效地解决了传统分立式方案中因元件阻抗不匹配和PCB布线差异而导致的电流不均衡问题，从而提升了整个系统的可靠性。
标准封装，卓越性能：集成式GaN功率级器件为电源设计带来新选择
此次TI还推出了采用行业标准TOLL封装的新的集成式GaN 功率级系列，即 LMG3650R035、LMG3650R025 和LMG3650R070。
TOLL 封装是一种常见的封装，为用户提供了更多选择。例如LMG3650R035就是一款 650V GaN FET，可提供 25mΩ、35mΩ 和 70mΩ 三种不同的导通电阻 (Rdson) 。不同的 Rdson 对应于不同的功率等级，较低的 Rdson 适用于较高的功率等级，而较高的 Rdson 提供较低的 COSS，从而为客户提供选择的灵活性 。
游声扬解释说，客户可以根据设计重点选择合适的 Rdson，例如，注重传导干扰的可以选择 25mΩ 产品，而对于希望减少开关干扰的客户则可以选择 35mΩ 产品 。
此外，在实现高密度、可靠的电源设计中发挥着关键作用。这些器件集成了栅极驱动器和保护电路，如过流保护、过热保护和短路保护，从而减少了外部元件的需求 。此外，这些器件还支持高压应用中的多种电源拓扑，包括图腾柱 PFC、电感电容器、相移全桥和双有源电桥 。
（电路寄生效应集成式 GaN 功率级与分立式 GaN）
具体在应用领域中的表现来看，TOLL封装的新型器件，还拥有诸多优势。
数据中心和电信电源 (PSU)： 随着数据中心和超大规模计算需求的增长，对高效、高功率密度 PSU 的需求也在增加 。同时，电信领域从4G 向5G 和 6G 演进，设备功率需求不断提高，而尺寸限制依然存在。集成的 650V TOLL 器件适用于此类应用，尤其是在将交流电转换为直流总线的 PFC 和 DC/DC 级 。在这些拓扑中，采用 TOLL 封装的 GaN 器件在 PFC 级可实现超过 99% 的效率，在 DC/DC 级可实现超过 98% 的效率 。
太阳能微型逆变器： 太阳能作为一种电源的重要性日益增加 。集成的 GaN TOLL 器件可用于双向 DC/DC、PFC 和逆变器级，以实现太阳能电池板电压到交流电的转换 。游声扬强调，在清洁能源需求快速增长的背景下，使用行业标准器件实现高效率、高功率和小尺寸至关重要 。游声扬认为，TOLL GaN 器件通过其行业标准封装尺寸和集成特性，为客户提供了价值，使设计人员能够在不同的功率水平和拓扑中进行调整，而无需过多关注布局复杂性 。
电视电源： 大屏幕电视市场具有显著的增长潜力，并且出于美观考虑，屏幕变得越来越轻薄 。由于屏幕尺寸增大导致功率需求提高，同时还要保持轻薄，因此提高电视能效至关重要 。AC/DC 转换可以利用 PFC 和 DC/DC 级中的 TOLL 器件 。集成 TOLL GaN 器件使设计人员能够在保持无源元件尺寸的同时，通过简化布线减少外部电路，从而实现更薄的印刷电路板，同时保持高效率和使用行业标准封装 。
车载充电器 (OBC)： 在全球减少排放的背景下，汽车电气化变得越来越重要 。车载充电器(OBC) 对于电动汽车充电至关重要 。由于 OBC 位于电动汽车底盘中，因此需要高功率密度和高效率，以最小化空间占用和降低损耗，因为缺乏主动冷却来散热 。游声扬解释说，高集成度的 TOLL GaN 器件可以通过集成和更高的开关频率，优化 PFC 和 DC/DC 级的设计尺寸，并减少损耗，以实现更有效的散热 。游声扬补充道，TOLL GaN 器件还支持器件级的所有保护功能，从而提高 OBC 设计的可靠性，同时保持行业标准封装尺寸 。
游声扬总结道，电源设计人员面临的关键挑战之一是在降低损耗和实现高密度的前提下，满足不断增长的功率需求 。通过将集成 GaN 与行业标准封装相结合，TI 的高集成度 TOLL GaN 器件提供了卓越的性能，并简化了设计过程，适用于电机驱动器、工业电源和电器电源等同样重视简单性和高密度设计的应用 。
“随着 GaN FET 技术的进步，TI 将继续投资并提高 TOLL 器件的性能，以帮助设计人员在相同空间内实现更高的功率。“游声扬如是说。
目前，TPS1685、LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070 支持预量产，相关器件还将为用户提供评估模块。此外，游声扬透露，TI也将参展“2025慕尼黑上海电子展”（N5馆605），重点聚焦在AI、机器人、汽车、能源基础设施四部分向业界展示TI的最新技术成果。
本文链接：http://www.xihao.site/showinfo-1-73083.html“小身板、高能效、强保障” 应对AI算力狂飙， TI助力数据中心“减负提速” 原创
