低導(dǎo)通電阻MOSFET提升數(shù)據(jù)中心效率-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯低導(dǎo)通電阻MOSFET提升數(shù)據(jù)中心效率-基礎(chǔ)電子飛兆半導(dǎo)體推出的導(dǎo)通電阻RDS(ON)小于1mΩ的30VMOSFET，這款全新飛兆半導(dǎo)體器件FDMS7650是RDS(ON)值為0.99mΩ(VGS=10V,ID=36A)的N溝道器件，它是業(yè)界采用5×6mmPOWER56封裝且RDS(ON)的MOSFET器件，而采用5×6mm封裝的同類30VMOSFET器件的RDS(ON)則為1.4至1.6mΩ。

通過*測，MOSFET器件的總體漏源導(dǎo)通電阻RDS(ON)是由芯片電阻和封裝電阻構(gòu)成的。這項(xiàng)參數(shù)非常重要的原因主要有兩個(gè)：首先，因?yàn)樗c功耗直接相關(guān)，其次，它決定了針對(duì)特定應(yīng)用的硅器件的電流承載能力。在這種情況下，飛兆半導(dǎo)體全新MOSFET器件由專為高密度DC開關(guān)應(yīng)用而優(yōu)化的先進(jìn)封裝和硅片組合構(gòu)成，這些應(yīng)用包括面向高可用性電信和服務(wù)器系統(tǒng)的有源ORing冗余電源。FDMS7650具有的低RDS(ON)值使其成為ORing應(yīng)用的理想選擇，這是由于低RDS(ON)能夠確保在導(dǎo)通狀態(tài)具有的正向電壓降，以便實(shí)現(xiàn)效率和傳導(dǎo)損耗及更好的熱性能。

取代ORing中的二極管

為實(shí)現(xiàn)靈活性、高冗余或高容量特性，高可用性應(yīng)用如電信和通信基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)中心服務(wù)器通常備有多個(gè)并行的電源。通過周密的功率總線設(shè)計(jì)，電源可以分擔(dān)負(fù)載，或讓一個(gè)電源工作而另一個(gè)處于待機(jī)狀態(tài)。采用這種方法的話，如果任何一個(gè)電源失效，整個(gè)系統(tǒng)也不會(huì)關(guān)斷，這是因?yàn)槿哂嚯娫茨軌蚶^續(xù)為負(fù)載供電。

因此，冗余電源架構(gòu)需要依賴于ORing解決方案。一個(gè)有源ORing解決方案結(jié)合了一個(gè)功率MOSFET和一個(gè)控制器IC，ORingMOSFET是具有電源故障快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性和RDS(ON)的理想器件，為什么這樣說呢?因?yàn)榈蚏DS(ON)能夠限度地減小傳導(dǎo)損耗，并提高系統(tǒng)效率。傳導(dǎo)損耗取決于占空比、漏源電阻以及通過器件的負(fù)載電流。由于占空比和負(fù)載電流是由應(yīng)用決定的，RDS(ON)則是由設(shè)計(jì)人員選定的變量，因而選擇RDS(ON)盡可能低的MOSFET器件是提高系統(tǒng)效率的直接方式。

雖然分立ORing二極管解決方案已經(jīng)使用了一段時(shí)間，而且價(jià)格并不昂貴。但由于系統(tǒng)的功率需求增加，而且普遍預(yù)計(jì)這種趨勢將會(huì)持續(xù)，這種器件的主要缺陷即功耗，將變成難以解決的問題。FDMS7650MOSFETORing具有極低的RDS(ON)特性，是一種更可行的解決方案，它能夠避免用戶使用具有相同電流的傳統(tǒng)肖特基二極管所帶來的二極管壓降、功耗和熱耗散。

二極管ORing方案還可能體積較大，而FDMS7650的低功耗特性將大幅減少對(duì)熱管理的需求，因此使用FDMS7650等產(chǎn)品的MOSFETORing解決方案可以實(shí)現(xiàn)更小的尺寸，從而配合當(dāng)前電信/數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施向更小的模塊尺寸方向發(fā)展的趨勢。

節(jié)省數(shù)據(jù)中心的電能

數(shù)據(jù)中心非常耗電，一個(gè)普通的數(shù)據(jù)中心所消耗的電能在1MW至20MW之間。對(duì)于該類設(shè)備在計(jì)算硬件方面所花費(fèi)的每一美元，預(yù)計(jì)約有50美分以上用于為硬件供電和冷卻。

行業(yè)研究顯示，數(shù)據(jù)中心每年所消耗的電能約為1800億kWh，超過電能消耗的1%。這相當(dāng)于6000萬個(gè)家庭(這一數(shù)量超過歐盟家庭總數(shù)的三分之一)的典型年耗電量。的確，一些已經(jīng)發(fā)布的研究指出，預(yù)計(jì)到2022年，一旦谷歌在俄勒岡州Dalles的數(shù)據(jù)中心以滿負(fù)荷運(yùn)行，它可能需要多達(dá)103MW的功率來運(yùn)行，這足以為Newcastle的每個(gè)家庭提供電能。

提升電源效率還將間接影響數(shù)據(jù)中心的成本。效率低下的功率轉(zhuǎn)換所浪費(fèi)的電能將變?yōu)闊o用的熱能，但是更高效的系統(tǒng)將會(huì)減少冷卻設(shè)備所需的電能費(fèi)用，研究顯示數(shù)據(jù)中心的冷卻系統(tǒng)所消耗的能量約占其能耗的40%或更多。

FDMS7650的封裝

FDMS7650型N溝道MOSFET采用高性能PowerTrench工藝技術(shù)制造，較小尺寸的封裝尺寸(如圖1所示)，使其達(dá)到較低的RDS(ON)和較高的負(fù)載電流。

圖1封裝示意圖

采用SO-8封裝的功率MOSFET已經(jīng)流行了一段時(shí)間，但是近幾年一種被稱作Power56的增強(qiáng)型功率器件封裝更具吸引力。相比SO-8封裝，Power56封裝具有更低的封裝電感和電阻參數(shù)，以及更小的熱阻。

Power56封裝被設(shè)計(jì)為能夠限度地減小電路板空間和RDS(ON)，底部帶有大漏極墊片，用于將熱量傳導(dǎo)出封裝并迅速通過PCB散發(fā)掉。它還具有更好的熱性能，Power56封裝的電流和熱性能可與DPAK封裝相媲美，但僅占用40%的電路板面積。

Power56封裝所需的安裝技術(shù)與傳統(tǒng)SO-8封裝稍有不同。不過，飛兆半導(dǎo)體的工程師顯示，那些熟悉安裝大平面面積封裝器件的工程師將會(huì)發(fā)現(xiàn)這兩種封裝技術(shù)是相似的。在為Power56封裝器件設(shè)計(jì)電路板時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)記住漏極是效的散熱路徑。由于Power56具有的獨(dú)特設(shè)計(jì)，可以從裸片的三個(gè)側(cè)邊引出銅