通用服務器功能是接收網絡上其他客戶終端提交的服務請求,并進行響應的一類計算機,特點是處理能力強、可靠性高、可擴展性好。隨著云服務應用不斷豐富,越來越多的大中型企業將逐步采用混合云或私有云來代替傳統的數據中心,這將產生對服務器的巨大需求,據報告,2015 年國內服務器銷售額達到 491.2 億元,同比去年增長 14.9%,預計到 2018 年市場銷售額有望達到 871 億,年復合增長率維持20%左右。
圖1,全球以及中國服務器市場
隨著中美貿易爭端的加劇,國產替代重新被提起;國家對信息安全的重視也日益提高,而且隨著國產服務器性能、穩定性的提高,已經完全有能力替代國際品牌。另外由于本土供應商能夠更加靈活地為客戶服務,使得國內品牌服務器市場占有率不斷提高。而電源作為服務器設備的心臟部件,其市場容量也逐年提高。同時電源的可靠性,效率仍然是重要的技術課題。據數據統計,預期到2020年僅美國數據中心消耗電力將增加400億千瓦時,所以電源效率的提高將帶來非常可觀的能源節省。圖2為電源80 Plus認證標準,服務器電源普遍要求電源效率可以達到白金標準。
圖2,80Plus認證標準
功率MOSFET作為電源中的核心元器件,其特性決定了電源的可靠性以及效率指標。尚陽通科技生產的超級結MOSFET已經發展到第三代技術水平。在第二代技術pitch5-6um的基礎上,超級結MOSFET的pitch距離進一步減少到4-5um,如圖3所示。隨著pitch距離的減少,第三代MOSFET的單位面積導通電阻相比較于第二代有明顯下降。如圖4所示,尚陽通第二代超級結MOS的FOM1為20mR/mm^2;通過工藝設計的迭代更新,第三代FOM1已經達到了12.9mR/mm^2, 單位面積導通電阻可以下降40%,并達到了世界領先的水平。通過此參數的降低,尚陽通可以在相同的封裝中實現更低的Rdson,為客戶提供更低成本更高效率的解決方案。
圖3,MOSFET pitch發展
圖4,尚陽通超級結MOSFET FOM1發展
尚陽通同時采用專利的柵極結構,可以控制門級電荷和開關速度。眾所周知Ciss,Crss均對開關速度具有重要影響,尚陽通通過調節柵極結構,可以調整寄生電容大小,實現對器件開關速度的調整,滿足不同客戶需求。例如通過增加柵極面積,增加輸出Crss電容,進而降低開關速率,滿足客戶對EMI的高要求。尚陽通通過專利的設計方法,根據客戶的不同需求,推出了第三代N系列和F系列的超級結MOSFET,以滿足客戶不同的要求。其中N系列為普通版MOSFET,F系列為高速版MOSFET。其對應的FOM2=Qg*Rdson已經達到業內領先水平,如圖5所示,可以滿足客戶更高效率,更低能耗的要求。
圖5,尚陽通第三代產品FOM2位置
相比較于第二代產品,第三代N系列考慮系統的兼容性,可以較好的兼容客戶現有產品,滿足客戶對驅動和EMI的適應性要求。F系列以其最優的開關速度,極低的柵極電荷,實現客戶對高效率,高功率密度的要求。圖6是N系列和F系列開關波形比較,可以看到,第三代F系列產品開通和關斷速度可以明顯提高,可以顯著減少開關損耗;而N系列可以以較優的dvdt幫助客戶提升EMI表現,也更易于兼容客戶系統。圖7是不同Rg下F和N系列開關損耗比較,可以看到,通過采用F系列產品,開關損耗可以降低30%以上,可以幫助客戶顯著提高電源效率。
圖6,N系列和F系列開通與關斷波形
圖7,不同驅動電阻下開關損耗比對
圖8是1800W電源拓撲結構和分別采用尚陽通90mΩ產品的效率曲線。PFC采用傳統boost整流線路,DCDC采用高效的半橋LLC結構。分別采用尚陽通90mR產品測試效率可以看到在重載區間范圍內(100A~135A),效率均高于93%,峰值效率超過94.5%。
圖8, 1800W礦機電源結構和效率曲線
結論:尚陽通推出了第三代高壓超結MOSFET,并依托專利技術設計N和F系列不同產品,以滿足不同客戶需求。N系列著重系統兼容性設計,提供客戶友好的設計界面;F系列產品以其高開關速度幫忙客戶提高電源效率,并減低電源成本。
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原文標題:第三代超級結SNOW MOS助力提升服務器電源性能和效率,降低電源成本
文章出處:【微信號:eet-china,微信公眾號:電子工程專輯】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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