隨著高性能計算和人工智能不斷發(fā)展，數據中心需要高功率密度的高效解決方案來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向48V 電源架構來滿足處理需求，這帶來了新的挑戰(zhàn)，尤其是在以下情況下：保持可靠性、效率和可擴展性的同時，管理大于 6kW 的功率級別。

不斷提高的電源要求通常會導致解決方案尺寸更大、設計復雜，且故障檢測和保護效率低下。此外，在管理高電流的同時，確保安全運行和更大限度地降低功率損耗也是一個重要問題。與分立式場效應晶體管 (FET)結合使用的傳統(tǒng)熱插拔控制器在高功率應用中面臨巨大的局限性。

為了應對這些挑戰(zhàn)，TI 具有電源路徑保護功能的48V 熱插拔電子保險絲器件旨在為數據中心應用提供可靠的緊湊型解決方案。與需要使用外部感應電阻器和電流傳感放大器進行電流監(jiān)測的方法不同，TPS1689和TPS1685通過集成這些功能簡化了設計，將解決方案尺寸縮減多達 50%，同時提供無縫可擴展性以支持高功率級別。

TPS1689其中一項優(yōu)勢功能在于消隱計時器，它通過使系統(tǒng)區(qū)分峰值負載電流和實際故障情況來防止誤跳閘。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，從而使多個器件能夠在高功率應用中協(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)、主動電流均流和運行狀況監(jiān)測可進一步提高系統(tǒng)恢復能力。TPS1689采用業(yè)界通用封裝，提供電源管理解決方案，確保可靠運行。

加強服務器保護并提升性能

消隱計時器在系統(tǒng)保護和性能優(yōu)化之間實現了平衡，因此在企業(yè)服務器系統(tǒng)中具有優(yōu)勢。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)過載通過，從而確保 AI、GPU 和處理器密集型應用中常見的臨時高振幅負載脈沖不會導致系統(tǒng)中斷。但是，在持續(xù)過流事件期間，電子保險絲會立即關斷電路。

其他優(yōu)勢包括：

成本優(yōu)化。消隱計時器可更大限度地降低對超大電源單元 (PSU) 的需求，并減少并聯(lián)配置所需的電子保險絲數量。這可在確?？煽窟\行的同時，大大降低物料清單成本。

提高了功率密度。通過縮減高載流元件的數量和尺寸，可實現更緊湊的系統(tǒng)設計，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。通過可編程故障間隔，設計人員可以微調系統(tǒng)響應以匹配特定瞬態(tài)曲線，從而優(yōu)化獨特工作負載的性能。

圖 1：用戶定義的消隱后的過流響應（斷路器）

可以將過流保護閾值設置為熱設計電流的 1.1 倍，而不考慮最大瞬態(tài)負載（通常為 1.7 倍）。傳統(tǒng)設計需要 PSU 來支持峰值瞬態(tài)電流，與傳統(tǒng)設計相比，此方法可降低 PSU 的尺寸和成本。這些優(yōu)勢使消隱計時器成為高性能服務器系統(tǒng)的關鍵功能。

先進的堆疊和電流均流解決方案

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

為了應對這些挑戰(zhàn)，TI 在利用互連 IMON 引腳的電子保險絲中引入了一種系統(tǒng)總電流限制方法。此方法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。通過依賴于總電流而不是各個電子保險絲電流，該系統(tǒng)可避免路徑電阻不匹配導致的誤差，并確保系統(tǒng)僅在必要時跳閘，從而提高運行穩(wěn)定性。

圖 2：電子保險絲并聯(lián)堆疊，支持更高的電流負載

主動電流均流技術通過動態(tài)調整 FET 的 RDS (ON)，在電子保險絲之間實現平衡電流均流，從而幫助實現高效配電。當一個電子保險絲承載不成比例的更高電流時，增大其 RDS (ON)會略微使電流在所有器件中更均勻地重新分配。這種動態(tài)調節(jié)可更大限度地減小各個電子保險絲的熱應力，從而在更長時間內提高系統(tǒng)可靠性。

在接近過流保護閾值時進行主動電流均流可確保其僅在必要時工作，以避免電流較低時出現不必要的功率損耗。通過在處于最佳閾值時啟用主動電流均流，系統(tǒng)可在高電流運行期間均勻分配熱應力，提高長期可靠性。

結語

熱插拔電子保險絲器件具有更高的功率密度、簡化的設計、增強的保護和成本優(yōu)化功能，可為高性能計算應用帶來更高效可靠的電源管理。消隱計時器和堆疊功能等功能的集成進一步增強了這些器件的適用性，可滿足現代 AI 數據中心不斷增長的功率需求。