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为数据中心服务器提供低 EMI、小尺寸电源解决方案，助力加固新基建底盘

时间：2020-08-20 10:36来源：21 Dianyuan

摘要：在重视热耗散和效率的应用中，我们通常会想到采用开关稳压器替代线性稳压器，因为开关稳压器通常是输入电源总线线路上的首个有源组件，对于整个转换器电路的EMI性能具有重大的影响。而EMI和噪声会严重影响服务器组件，降低性能并导致间歇性故障。

从全球产业发展角度看，数据中心诞生于互联网早期，最初以“机房”的形态及意义存在。但随着社会对信息技术应用愈加重视，数据中心的概念逐步被提出并加以丰富。在“新基建”所涉及的领域可以看出，想要发展新兴科技，必须要从基础设施建设做起，无论是人工智能、云计算都离不开数据中心的建设，而数据中心的建设在“新基建”的七个领域中是一个底座的地位，支撑着新基建的落地。同时随着云计算、大数据以及人工智能等新一代信息通信技术市场的快速增长，数据中心的大量建设对服务器电源的性能提出更高要求，例如在有限的空间内如何提供稳定的大电流，并具有良好的散热就是一大挑战。
 
在重视热耗散和效率的应用中，我们通常会想到采用开关稳压器替代线性稳压器，因为开关稳压器通常是输入电源总线线路上的首个有源组件，对于整个转换器电路的 EMI 性能具有重大的影响。而EMI和噪声会严重影响服务器组件，降低性能并导致间歇性故障。如果没有可扩展性，数据中心的动态运行条件就会使设计复杂化，给网格带来压力，并产生热量。但是设计工程师往往不愿意在设计中采用开关模式电源，因为这可能会将多余的能量耦合到邻近系统中。为此，电源解决方案提供商各出奇招，努力从架构设计、电路优化等方面去实现哪怕一点点改善，其中ADI并购凌力尔特的第二代Silent Switcher 技术算是其中的佼佼者，以降压型开关稳压器LT8652S为例，通过高效率、可扩展、双通道同步降压解决了上述问题。
 
 
 
Silent Switcher，解除电源“恶魔”的咒语
在许多设计人员心中，电源被当成摆不脱的“恶魔”，因为它加大了解决方案尺寸、功率损耗和对应的电磁干扰，空间消耗、设计时间、效率、EMI行为或瞬态行为等所有设计参数，几乎不能都实现最佳值，因为优化一个参数意味着牺牲一个或多个其他性能。有没有一种办法，通过在集成单片DC/DC转换器中实现了一些通用的改进和巧妙的设计理念，使电源设计人员能够再不牺牲效率、EMI特性或瞬态性能的情况下实现最佳的设计时间和设计空间？
 
Silent Switcher就是这样的转换器改进和巧妙设计理念的应用，它是ADI从工程物理的角度实现的突破和创新，它在芯片设计上做了两个反向的电优化，产生闭合的磁力线，减小对外界EMI的干扰，几乎消除了不可预测且难以滤波的高频噪声。同时，利用倒装的方式替代传统的用金线去绑定内核的方式，从而缩减电流，让EMI降到最低。通过Silent Switcher技术，可以轻松满足CISPR25 EMI标准，而无需做太多优化。第二代Silent Switcher 增加了内部旁路电容器和集成度，进一步改善了对PCB布局不敏感的EMI，简化了设计，即使使用双层PC板也能降低性能风险。
 
 
Silent Switcher技术原理图
 
采用第二代Silent Switcher技术的双通道降压型稳压器LT8652S是一款可降低辐射EMI噪声的小型、高频、高效的解决方案。由于LT8652S的两个通道可提供高达8.5A的连续电流，所以具有最大限度的灵活性。两个通道可组合提供17A或并联提供34A——兼顾高功率密度和小尺寸。LT8652S随时可以安静高效地为数据中心供电。
 
稳压器LT8652S，让低EMI、小尺寸兼得  
很少有解决方案在达到低EMI要求的同时可以做到小尺寸，Silent Switcher稳压器LT8652S就是一款可实现低EMI、小尺寸同时兼得的解决方案。该器件采用的第二代Silent Switcher结构可最大限度地减少电磁干扰，同时在高开关频率下提供高效率。在这种结构中，集成电路（IC）内部将外部的电压循环电容作为内部的旁路电容来简化电路板的设计与制造，这样可以大大降低辐射的电磁干扰。LT8652S内置顶部和底部电源开关、补偿元件和其他必要电路，可将外部元件数量降至最低并简化设计。

 
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LT8652S两个通道除了可同时提供高达8.5A的连续电流外，每个通道还都支持高达12A的负载。即使在高开关频率下，快速、干净、低过冲开关终端也能实现高效操作，支持宽控制环路带宽，以实现快速瞬态响应。输出电流监控和限流功能允许在给定应用中选择电感器以实现最大输出电流。差分输出电压检测可在大电流应用的负载点提供精确的电压调节。可以将两个通道组合以提供17A电流，并且可以将两个LT8652S IC组合以实现4相34A电源。所以LT8652S非常适合噪声敏感型应用，例如PLL以及高带宽数据和通信系统。
 
LT8652S针对高降压比、高负载电流和低EMI噪声要求的应用而设计，16μA 静态电流和突发模式操作选项使其成为电池供电降压转换器的完美解决方案。其300kHz to 3 MHz的开关频率范围使其适合大多数工业和汽车应用，并且EMI辐射性能也符合最严格的EMI标准。最后，LT8652S的第二代Silent Switcher 架构使其性能不受布局更改和更新的影响，从而简化了电路板设计过程。
 
总结
2020年，全球光纤宽带、4G、5G网络加速部署，将进一步提升数据流动与转移效率，因此未来超大规模数据中心将占据数据中心内总数据、流量及处理能力的重要地位。而数据中心也将继续推动服务器电源市场。在整体行业绿色节能发展背景下，高密度场景应用需求、能耗、资源整合等多方面的挑战给当前的数据中心产业提出更高的要求，因此在市场需求推动下，服务器电源被要求更加节能环保。ADI公司的Silent Switcher技术能够使电源设计师在不牺牲效率、EMI特性或瞬态性能的情况下实现最佳的设计时间和空间。
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