宣传册
从电网到芯片，为数据中心供电
介绍
‘意外之喜’（Serendipity）指的是各种机缘巧合的完美结合（实际上，它源自波斯童话故事《锡兰三王子》，锡兰是斯里兰卡的古称）。我们在电源转换技术领域很少见到这种现象，但最近出现了一个例子：数据中心重新采用48V配电，一种新型的非隔离式开关电容总线转换器，以及由灵活的‘功率模块’构成的宽输入、高效率的负载点转换器（PoL）的出现，共同造就了这种奇妙的组合。所有这些要素结合起来，以经济的成本实现了极高的系统电源转换效率和极高的功率密度。.
那么，这一切是如何发生的呢？为了应对日益增长的数据流量，数据中心系统架构多年来不断变化，力求降低损耗。如今，48V供电方式再次受到关注，因为与12V相比，48V的欧姆损耗降低了16倍。然而，对于CPU、GPU和其他处理密集型集成电路等高电流需求设备而言，其终端负载电压通常低于1V。但是，在非隔离式转换器中，从48V到12V的高转换比会导致高损耗。一种解决方案是采用两级转换：第一级采用隔离式转换，将电压降至12V；第二级采用非隔离式转换，将电压降至终端负载电压。毕竟，硬盘等接口和设备通常仍然需要12V电压。然而，由于增加了一级转换，效率可能会再次成为一个问题。.
总线转换器不一定需要稳压或隔离。
人们已经认识到，48V-12V总线转换器并非必须需要主动稳压，只要后续的电源层（PoL）具有足够宽的输入范围，它就可以作为简单的‘比例’转换器运行，将输入电压的百分比变化转换为几乎相同百分比的输出电压变化。这种方法虽然巧妙，但也存在一些问题：任何输入浪涌都会直接传递，并且由于专利限制，可选择的元件也受到限制。此外，安全隔离并非必要——主要的隔离屏障由上游的AC/DC转换器提供。因此，理想的替代方案是采用不同拓扑结构的简单、非隔离比例转换器，以保持极高的效率，而Flex功率模块正是这样一种产品。 BMR310 产品。这是一款开关电容转换器，固定比例为 4:1，峰值效率达到 98%，额定连续功率为 860 W（峰值功率为 1060 W），封装尺寸仅为 58.4 mm x 25 mm x 9.9 mm（含散热底板）。.
这个想法可以追溯到100年前。
开关电容转换器已经存在了大约100年，事实上，其基本电路是…… BMR310 是‘迪克森’乘数（图 1）
图 1：Flex 功率模块 BMR310 开关电容母线变换器的外形图
简而言之，电容器串联充电，然后并联放电，MOSFET 进行相应的开关操作，这样可以实现各种固定的转换比，包括 4:1。然而，原始电路在高功率下的效率很低，需要大容量电容器来传输能量，同时还要承受开关边沿的高脉冲电流。开关本身（最初通常是 BJT）也会引入过大的电压降和开关损耗。 BMR310 该电路及其控制方式有所不同——它采用英飞凌技术开发，利用主要由电路寄生元件构成的电感元件进行谐振开关，从而显著降低开关和电容的动态损耗。此外，还利用了极低导通电阻的开关以及最新一代多层陶瓷电容的高稳压值和低等效串联电阻值，进一步提升了性能。最终得到一款经济高效、功率密度高的总线转换器，可轻松并联以应对更高的负载，并实现电流的‘下垂’分担。这得益于输出电压在满载到空载范围内围绕 5% 变化，该电压以及线路电压波动，使其能够很好地作为下游宽输入功率因数保护器 (PoL) 的输入。该转换器具备全面的保护功能和 PMBus 接口。® 控制和监控功能集成在一起，包括输出过压保护，以防止输入浪涌传递到输出端。.
‘比率’总线转换器后必须连接一个宽输入功率转换线转换器。
我们‘理想方案’的第二个关键部件是下游电源转换模块（PoL）。市面上有很多商用产品，但输入范围通常较窄，尤其是在数据中心终端负载所需的数百安培电流下。为了充分利用比例转换技术，PoL 必须能够承受来自 BMR310 的 10-15V 输入电压变化，并且能够适应线路和负载的变化。PoL 必须尽可能灵活地适应不同的负载电压和电流，同时还要具备相应的高功率密度。Flex 功率模块 BMR510 这款产品非常适合此应用，它是一款非绑定式两相 PoL 功率级，可由多种 PWM 控制器驱动。每个通道都包含所需的功率 MOSFET、电容器和输出电感器，额定电流为每相 40 A/70 A 峰值，或每个模块的额定电流翻倍。此外，还可以分别控制各相以获得不同的输出电压。并联的各相也可以反相驱动以降低纹波，多个 BMR510 本身也可以并联，并配合合适的 PWM 驱动，实现高电流多相降压电路。 BMR510 该器件的输出电压范围为 0.5 V 至 1.3 V，输入电压范围为 4.5 V 至 16 V，是 BMR310 的理想搭档。它集成了所有栅极驱动电路，并具备全面的过流和过温保护功能，测量值可用于远程监控。该器件兼容市面上其他同类产品，采用 Z 轴尺寸，封装尺寸仅为 10 mm x 9 mm，高度为 7.6 mm，并采用高效的顶部散热设计，直接冷却功率级半导体，而非采用传统的‘顶部电感’设计。.
BMR310 和 BMR510 模块均受支持 伟创力电源设计器 软件方面，该公司发现并充分利用了一种新型技术中的非隔离式比率总线转换器和一种宽输入但灵活的PoL转换器的完美组合，从而为数据中心电源需求提供了一种优雅、经济且高效的解决方案。这真是一次意外的惊喜。.
