使用实时MCU顺应服务器电源的设计趋势

　　

　　随着服务器和数据中心在全球范围内的应用日益广泛，对稳定高效电源的需求越来越强烈，以应对不断增加的功耗。用电量一直快速增长，因此需要更多的集成中央处理单元、图形处理单元和加速器来提高服务器和数据中心的计算速度。应用效益的提高催生了电源装置(PSU)的发展，以提供高能效、快速瞬态响应、高功率密度和更大的电源容量。

　　高能效

　　具有高能效的服务器PSU可通过减少功耗和更大程度提高电源到负载间的功率传输效率，降低运营数据中心的成本及其对环境的影响。这种能力使数据中心能够满足日益严格的能效标准（例如80 Plus），在各种负载范围内实现高于平均水平的钛金级能效，并向环境排放更少的二氧化碳。

　　快速瞬态响应

　　在服务器电源应用中，具有快速瞬态响应有助于在不断变化的负载和输入瞬态情况下，实现稳定可靠的系统运行。此外，系统需要满足服务器电源原始设备制造商更严格的瞬态响应规格：在2.5A/µS至5A/µS之间实现80%至100%的负载跳跃。图1说明了这些参数。

　　

　　图1：瞬态响应参数

　　更高的功率密度和更大的电源容量

　　服务器和数据中心的功耗不断增长，因此需要更大的电源容量。通过在更小的空间内提供更大的电源容量，氮化镓(GaN)等电源技术可实现更小巧的电源。为了在电源系统中实现高功率密度和缩减整个系统的物料清单，使用实时微控制器(MCU)控制高开关频率至关重要。

　　攻克服务器PSU的设计挑战

　　为了实现上述优势，服务器PSU制造商面临几项设计挑战，例如

　　实现复杂的电源拓扑，例如图腾柱无桥功率因数校正和控制算法，包括零电压开关、零电流开关、同步整流时序和具有混合迟滞控制的电感-电感-电容谐振直流/直流转换。

　　启用实时控制性能，加快控制回路的执行。

　　在采用GaN和碳化硅(SiC)等宽带隙功率器件时减少功耗，同时保持更高的开关频率。

　　为了满足服务器PSU系统对电源效率和功率密度不断增长的要求，实时MCU需具有几个关键特性，例如低延迟信号链、高脉宽调制(PWM)灵活性和分辨率、高控制环路速度和高开关频率。图2显示了一个示例PSU框图。

　　

　　图2：具有交流/直流和直流/直流级的服务器电源典型双控制器架构

　　TMS320F280039C C2000™实时MCU提供上述所有特性，还可帮助满足或减少服务器PSU的设计预算。它们将继续通过灵活和创新的功能改进集成的实时信号链（感应、处理和控制）。图3显示了F28003x系列。

　　

　　图3：F28003x MCU扩展了C2000实时MCU产品组合

　　高精度检测

　　F280039C MCU通过其集成式模拟元件（包括多个可灵活管理转换启动、具有11个有效位数和一个后处理块的4MSPS模数转换器），实现了服务器PSU的高能效和快速瞬态响应。MCU还集成了具有优化电源控制功能的快速模拟比较器，例如消隐、延迟跳闸、峰值电流模式控制和斜率补偿，可实现精确的功率转换。

　　高性能处理

　　F280039C基于32位数字信号处理器架构并结合了控制律加速器，可提供超过240MIPS的实时性能，具有浮点单元和三角函数加速器等特性，可实现更高的功率密度和高瞬态响应，能够处理复杂的时间关键型计算。

　　灵活的高分辨率控制

　　在大功率服务器PSU系统中，即使在高频下，实现更大的电源容量并保持相位间同步也至关重要。F280039C提供150ps分辨率的PWM通道，具有谷底开关、延迟跳闸、死区时间调整和全局重新加载等功能，可以精确控制复杂的电源拓扑和控制算法。集成的可配置逻辑块进一步增强了PWM的灵活性，并无缝衔接GaN技术来实现高功率密度。

　　C2000实时MCU在服务器PSU系统中的其他优势

　　除了电源管理和快速实时控制的趋势外，F280039C MCU还可以满足服务器PSU的几项其他热点要求：

　　实时固件更新可以在不中断电源的情况下无缝切换到新固件，并通过具有多个闪存选项的多组型号和更快的闪存组擦除时间，更大限度降低软件开销。

　　通信接口从PMBus转到控制器局域网(CAN)总线（以及可能的CAN-FD），可实现更快速度、更高数据速率和可靠的主机通信。

　　通过加密功能（例如高级加密标准、安全启动和安全联合测试行动组）实现安全性，可在这个更加互联的世界中保护代码和数据免受外部攻击，解决业界担忧。

　　结语

　　F280039C MCU在C2000 MCU平台上进行了扩展，提供集成功能，可帮助您实现高级实时控制，同时降低物料清单成本。F28003x MCU系列通过解锁GAN和SiC等宽带隙技术的全部潜力，实现了更高能效、更高功率密度以及更快响应时间，与这些技术相得益彰。简便易用的软件可加快服务器PSU设计人员的开发速度。