隨著全球伺服器及資料中心用量持續(xù)成長，滿足穩(wěn)定高效的電源供應需求，已成為支援耗電量上升的必要條件。用電量快速增加的原因在于，目前需要越來越多的整合式中央處理器、圖形處理器及加速器，以提升伺服器和資料中心的計算速度。提升應用效益的做法推動了電源單位(PSU) 演進發(fā)展，提供高功率效率、快速暫態(tài)響應、高功率密度及更大的電源容量。
高功率效率
具備高功率效率的伺服器PSU 可減少浪費電源，讓更多電力由來源傳輸至負載，進而降低資料中心的營運成本，以及對環(huán)境造成的沖擊。這項功能可協助資料中心符合80 Plus等日漸嚴格的效率標準、在寬廣的負載范圍實現高于平均的鈦級效率，并減少排放二氧化碳至環(huán)境中。
快速瞬態(tài)回應
在伺服器電源應用中，快速瞬態(tài)回應可協助系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運作，以因應持續(xù)變化的負載及輸入瞬態(tài)。此外，系統(tǒng)也需要符合伺服器電源原始設備制造商日益嚴格的瞬態(tài)回應規(guī)格：在2.5 至5 A/μS 達到80% 至100% 的負載跳變。以上參數的圖解請參閱圖1。
圖1 ：瞬態(tài)回應參數
更高的功率密度及更大的電源容量
伺服器及資料中心的耗電量持續(xù)成長，因此需要更大的電源容量。氮化鎵(GaN) 等電源技術可在更小空間內實現更大的電源容量，借此實現更精巧的電源供應裝置。以即時微控制器(MCU) 控制高切換頻率，是這類系統(tǒng)達到高功率密度的關鍵所在，并可減少整體系統(tǒng)的材料清單。
解決伺服器PSU的設計挑戰(zhàn)
為了實現前述效益，伺服器PSU 制造商面臨多項設計挑戰(zhàn)，例如：
?實作圖騰柱無橋式功率因數修正等復雜的功率拓撲結構，以及各種控制演算法，例如零電壓切換、零電流切換、同步整流時序，以及由混合遲滯控制進行的電感器-電感器-電容器全橋式DC/DC 轉換。
?實現即時控制效能，以加速控制環(huán)路執(zhí)行。
?于采用GaN 及碳化矽(SiC) 等寬頻隙電源裝置時減少功率損耗，同時維持更高的切換頻率。
為因應伺服器PSU 系統(tǒng)日漸增加的功率效率及功率密度要求，即時MCU 需要具備多項關鍵功能，例如低延遲訊號鏈、高脈沖寬度調變(PWM) 彈性及解析度、高控制環(huán)路速度，以及高切換頻率。圖2 為PSU 原理圖范例。
圖2 ：伺服器電源供應搭配AC/DC及DC/DC級的典型雙控制器架構
TMS320F280039C C2000 TM即時MCU 可提供以上所有特性，同時協助滿足或減少伺服器PSU 設計預算，并持續(xù)透過各種彈性創(chuàng)新的功能，強化整合式即時訊號鏈(感測、處理及控制)。圖3 為F28003x 系列。
圖3 ：F28003x MCU擴展C2000即時MCU產品組合
高度準確的感測能力
F280039C MCU 能夠以本身的整合式類比零組件，在伺服器PSU 實現高功率效率及快速的瞬態(tài)回應時間，包括多個4-MSPS 類比數位轉換器，具備靈活的啟動轉換管理功能，以及11 個有效位元數及后處理區(qū)塊。該MCU也整合快速的類比比較器及最佳化電源控制功能，例如遮蔽、延遲跳脫、尖峰電流模式控制及斜率補償，以提供精準的功率轉換。
高效能處理
F280039C以32 位元數位訊號處理器架構結合控制律加速器，提供240 MIPS 以上的即時效能，并具備浮點單元及三角數學單元等功能，可實現更高的功率密度及高瞬態(tài)回應，適合處理時間緊迫的復雜計算作業(yè)。
靈活的高解析度控制
即使在高頻率的情況下，也能實現更大的電源容量，并在各個相位之間維持同步，是高瓦特伺服器PSU 系統(tǒng)的必要條件。F280039C 提供150-ps 解析度PWM 通道，具備谷值開關、延遲跳脫、死區(qū)時間調整及全域重新載入等功能，可精準控制復雜的功率拓撲結構及控制演算法。整合式的可配置邏輯元件區(qū)塊則進一步強化PWM 彈性，并與GaN 技術無縫整合連接，實現高功率密度。
C2000即時MCU在伺服器PSU系統(tǒng)的其他效益
除了電源管理及快速即時控制的各項趨勢，伺服器PSU 也出現幾項日漸風行的其他需求，可由F280039C MCU 加以實現：
?藉由即時韌體更新無縫切換為全新韌體，不中斷電源供應，同時透過多庫變異搭配多種快閃記憶體選項，以及更快速的快閃記憶體庫清除時間，將軟體負擔降到最低。
?通訊介面由PMBus 改為控制器區(qū)域網路(CAN) 匯流排(也可能改為CAN-FD)，以實現更快的速度、高資料傳輸速率及可靠的主機通訊。
?透過加密功能實現安全性(例如進階加密標準、安全啟動及安全聯合測試工作群組) 以因應業(yè)界疑慮，在連結日趨緊密的世界中保護程式碼及資料，避免受到外部攻擊。
結論
F280039C MCU 于C2000 MCU 平臺擴展規(guī)模，提供各種整合式功能，協助您實現進階的即時控制，同時降低材料清單成本。F28003x MCU 系列可補足對GAN 及SiC 等寬頻隙技術的需求，協助這類技術釋放完整潛能，實現更高的功率效率及功率密度，以及更快速的回應時間。簡單易用的軟體則可協助伺服器PSU 設計人員加速開發(fā)作業(yè)。
