功率密度> 100W/in³，TI新款电源管理芯片赋能现代数据中心建设

电子发烧友网报道（文 / 吴子鹏）在算力需求与碳中和目标的双重约束下，数据中心行业正从单一指标极致化转向系统级优化，对相关元器件的功率密度和效率提出了更高要求。与此同时，现代数据中心体量持续扩大，安全可靠性的重要性愈发凸显。

德州仪器系统经理游声扬表示，现代 AI 数据中心正驱动云计算、人工智能、5G 等技术迅猛发展，随之而来的是数据中心对电源需求的急剧攀升，更高的功率密度与效率成为行业核心挑战。如何在高性能计算与能源效率之间找到平衡，已成为推动数据中心持续演进的关键。
为帮助现代数据中心应对上述挑战，德州仪器（TI）推出新款电源管理芯片，以满足其快速增长的电源需求。其中，TI 发布的采用行业标准 TOLL 封装的集成式 GaN 功率级系列（LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070），在功率密度和效率方面实现了显著提升；新款 TPS1685 则是具备电源路径保护功能的 48V 集成式热插拔电子保险丝，可助力客户满足数据中心硬件及处理需求。

功率密度 > 100W/in³ 的集成式 GaN 功率级系列

在提升效率和功率密度领域，第三代半导体的价值日益凸显。在电源设计中，GaN（氮化镓）作为第三代宽禁带半导体材料，凭借高频高效、耐高温、高功率密度的特性，正成为数据中心电源提升效率与功率密度的核心技术突破口。

GaN 在数据中心电源转换系统中的颠覆性优势主要体现在以下方面：
高频高效转换，降低电能损耗：GaN 器件的开关速度远超硅基 MOSFET，且反向恢复损耗几乎为零，可实现高效电源设计；

减小被动元件体积，提升功率密度：高频工作模式允许使用更小的电感和电容，因此 GaN 器件可大幅压缩电源模块体积，缩短板级输电距离，降低线缆损耗，进而实现高功率密度。

不过，GaN 器件也面临技术挑战。现有数据中心架构多基于硅基器件设计，改用 GaN 需重新优化驱动电路、散热方案和控制算法，尤其是驱动器与 GaN 器件的匹配存在一定技术门槛。

游声扬指出，TI 推出的集成式 GaN 功率级系列（LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070）集成了高性能栅极驱动器与 650V GaN 场效应晶体管（FET），同时实现了高效率（>98%）和高功率密度（>100W/in³）。这些器件还集成了过电流保护、短路保护和过温保护等先进功能，这对服务器电源等交流 / 直流应用尤为重要 —— 设计人员需在更小空间内提供更大功率。



在实际应用中，TI 集成式 GaN 功率级系列的集成栅极驱动器可帮助设计人员构建简洁的高密度布局，同时显著减少寄生耦合。这一特性在高开关频率的电源转换中尤为关键，因为栅极环路中的电路寄生耦合会导致栅极噪声和重叠损耗增加。而使用集成式功率级，寄生耦合可降至极低水平，且布局设计更简化。

值得一提的是，集成式 GaN 功率级系列采用工业标准变压器外形无引脚（TOLL）封装，设计人员可直接利用 TI GaN 器件的效率优势，无需进行成本高昂且耗时的重新设计。传统 GaN 器件常因初期改造难度大，迫使设计人员放弃升级，而 TI 的方案有效解决了这一痛点。

保护能力达 6kW 以上的热插拔电子保险丝

TI 推出的另一款新品是48V 可堆叠集成式热插拔电子保险丝 ——TPS1685。

TPS1685 是一款集成式大电流电路保护与电源管理器件，仅需少量外部元件即可提供多种保护模式，能有效抵御过载、短路和浪涌电流冲击。针对浪涌电流有特殊要求的应用，可通过单个外部电容器设定输出转换率；用户还可根据系统需求设置输出电流限制电平。借助用户可调节的过流消隐计时器，系统可在电子保险丝不跳闸的情况下支持负载电流瞬态峰值。此外，集成的快速、准确模拟负载电流监测器有助于开展预测性维护，而Intel PSYS 和 PROCHOT 等先进动态平台电源管理技术可优化服务器和数据中心性能。

游声扬介绍，采用分立式热插拔控制器和外部场效应晶体管（FET）时，功率通常仅为 4kW；而集成式解决方案 TPS1685 可将功率扩展至6kW 以上。由于集成了热插拔控制器和 FET，该方案元件数量更少，设计更精简 —— 无需检测电阻和电流传感放大器即可监测电流，元件数量和解决方案尺寸减少 50%。此外，TPS1685 采用30mm² 薄型四方扁平无引脚（LQFN）封装，可提供可靠且智能的电源路径保护。



传统电子保险丝并联运行时面临显著挑战，如漏源导通电阻（RDS (ON)）、PCB 布线电阻和比较器阈值不匹配，可能导致电子保险丝间电流分配不均，引发过早跳闸或误跳闸。而设计人员可通过并行连接多个 TPS1685 器件，增加高功率系统的总电流容量。所有器件在启动和稳态期间可主动同步运行状态并共享电流，避免部分器件过载导致并行链过早或部分关闭，使设计人员能够通过可扩展的器件满足 > 6kW 的高功率处理需求。