48V 數據中心
48V 數據中心解決方案
概述
現代數據中心的每個機架平均提供 3kW - 5kW 的功率，為服務器、存儲器和網絡機架供電。大部分功率會供給基礎 CPU，以確保其能高效率工作。因此，傳統 12V 電源架構被廣泛采用。
但隨著云計算、人工智能應用以及大功率處理器和加速器需求的不斷增長，數據中心也在不斷發展以適應新的大功率需求。例如，早期 AI 市場超級計算機的整個電源系統需要 3200W 的功率。第二代 AI 的功率需求增長了三倍，使整個電源系統的總功率達到了 10kW。由于分配大電流時功率損耗隨電流的平方 (I2R) 增大，必須在背板或走線中使用更多的銅來控制配電損耗。這樣最終會限制系統的功率傳輸。
為了滿足行業新的電源需求，MPS 開發了一種新型電源架構，它采用 48V 配電電壓，能夠將配電損耗降低 16 倍；另外還提供了 48V 數據中心解決方案，以應對新的設計挑戰。
圖 1: 傳統的 12V 配電方案
MPS 48V 電源結構
48V 電源結構: MPS 新型 48V 至 4.8V 系統
48V 電源結構 – MPS 4V 至 6V 系統
- 總系統效率得到了極大優化
- 第一級解決方案：MPS LLC 電源模塊
- 輸入輸出比 10:1
- 提供各種功率等級
- 可并聯工作
- 第二級解決方案：數字多相控制器+低壓 Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module
- Intelli-PhaseTM 系列提供額定值高達 90A 的連續電流
- Intelli-Module 解決方案提供額定值高達 170A 的連續電流
- 電熔絲
Intelli-Modules 是 MPS 提供的新型開放式框架電源模塊，是第二級解決方案的組成部分。Intelli-Module 能夠實現高功率密度并能優化空間受限應用的散熱性能。
Intelli-PhaseTM 是 MPS 提供的先進功率級。MPS DrMOS 采用我們的單片工藝可以大幅提高產品性能，同時集成了多種高級功能，包括電流采樣、溫度采樣和故障報告。
橫向供電與 Z 軸供電?
現代數據中心多采用橫向供電系統，其電源穩壓器通常放置在電路板頂部、處理器的周圍。但隨著 CPU 和 GPU 電流需求的不斷增長，穩壓器與負載點之間的距離成為造成 PDN 損耗的重要因素。此外，PDN 增加還意味著系統需要為穩壓器提供更高的輸出電容。
Z 軸供電?則將穩壓器放置在 PCB 底部、處理器的下方。這種方法可以顯著降低 PDN 損耗（超過 10 倍）。
橫向供電 < 1000A
Z 軸供電? > 1000A
MPS 提供的電源模塊解決方案高度小于 4mm ，可以適應 PCB 底部有限的空間。
第一級解決方案：電源模塊
MPS 提供了多種第一級電源模塊產品選項
10:1 IBC 模塊 適合 Z 軸供電TM
54V 至 5.4V，低開關損耗可實現更高頻率的第二級功率級，從而允許使用更小、更短的電感。MPS 的所有 IBC 模塊都可并聯運行，以實現大于 1kW 的功率水平。后續我們將提供包含更多詳細信息的應用說明。
MPC1100C-54 - 高效率、非隔離式、固定比率、數字 DC/DC 300W 電源模塊
MPC1100C-54 是一款開放框架數字 DC/DC 電源模塊，連續功率高達 300W。 該模塊支持高達 60V 的輸入電壓，并配置為 10:1 輸入輸出比。它提供多次可編程 (MTP) 數字控制器，可以輕松配置以快速啟動系統并靈活適應系統需求。
功能特性：
- 10:1 輸入輸出比
- LLC 拓撲結構
- 兼容串行接口
- 支持并聯操作
- 內置 MTP 以存儲自定義配置
- 欠壓鎖定 (UVLO) 保護
- VOUT 過壓保護 (OVP) 和欠壓保護 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 過溫保護 (OTP)
- 提供 GUI 配置軟件
- 適合大電流和高功率應用
- 與 MPC1102-54 引腳對引腳兼容
MPC1100C-54
尺寸
27mmx18mmx6.1mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | 功率密度 (W/in3) | POUT (W) | 峰值效率 (%) | 效率 @ 300W (%) |
| MPC1100C-54-0002 | 40 至 60 | 4 至 6 | 1700 | 300 | 96.7 | 95.3 |
MPC11057-54-0750 - 高效率、非隔離式、固定比率、數字 DC/DC 750W 電源模塊
MPC11057-54-0750 是一款開放框架數字 DC/DC 電源模塊，連續功率高達 750W（見圖 4）。該模塊支持高達 60V 的輸入電壓，并配置為 10:1 輸入輸出比。它提供多次可編程 (MTP) 數字控制器，可以輕松配置以快速啟動系統并靈活地適應系統需求。
功能特性：
- 10:1 輸入輸出比
- 功率密度：1840W/in3
- LLC 拓撲結構
- 兼容串行接口
- 內置 MTP 以存儲自定義配置
- VIN 欠壓鎖定 (UVLO) 保護
- VOUT 過壓保護 (OVP) 和欠壓保護 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 過溫保護 (OTP)
- 提供 GUI 配置軟件
- 適合大電流和高功率應用
MPC11057-54-0750-xxxx
尺寸
53mmx18mmx7mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | 功率密度 (W/in3) | POUT (W) | 峰值效率 (%) | 效率 @ 750W (%) |
| MPC11057-54-0750-xxxx | 40 至 60 | 4 至 6 | 1840 | 750 | 97.4 | 96.3 |
MPC12106-54-0750 - 高效率、非隔離式、固定比率、數字 DC/DC 800W 電源模塊
The MPC12106-54-0750 是一款開放框架數字 DC/DC 電源模塊，具有高達 800W 的連續功率。該模塊支持高達 60V 的輸入電壓，并配置為 4:1 輸入輸出比。它提供多次可編程 (MTP) 數字控制器，可以輕松配置以快速啟動系統并靈活地適應系統需求。
功能特性：
- 4:1 輸入輸出比
- 功率密度：3310W/in3
- LLC 拓撲結構
- 兼容串行接口
- 內置 MTP 以存儲自定義配置
- VIN 欠壓鎖定 (UVLO) 保護
- VOUT 過壓保護 (OVP) 和欠壓保護 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 過溫保護 (OTP)
- 提供 GUI 配置軟件
- 適合大電流和高功率應用
MPC12106-54-0750
尺寸
24mmx18mmx8.6mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | 功率密度 (W/in3) | POUT (W) | 峰值效率 (%) | 效率 @ 800W (%) |
| MPC12106-54-0750-xxxx | 40 至 60 | 10 至 15 | 3310 | 800 | 98.1 | 96.5 |
第二級解決方案：數字多相控制器 + Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module
MPS 擁有功能強大的數字多相控制器產品組合以及 Intelli-PhaseTM 和 Intelli-Module 解決方案。更多信息請訪問：https://www.monolithicpower.cn/cn/products/ power-management/data-center.html
圖 7: 第二級數字多相控制器 + Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module 功能框圖
- 數字多相控制器功能特性：
- 恒定導通時間 (COT) 控制
- 多回路，靈活相位分配
- 多接口選項：SVID、SVI2/3、OVR 或串行接口
- 故障處理和遙測功能
- Intelli-PhaseTM 功能特性：
- 從 10A 到 90A 的產品系列范圍
- 寬 fsw 范圍：瞬態與效率之間的平衡
- 內置 ZCD、OCP、NOCP、OTP 和 SCP
- 盡可能減少了外部元器件
- 功能特性：
- 實現空間受限應用的高功率密度
- 靈活的輸出分配
- 支持并聯運行以獲得更高的功率輸出
- 優化了頂部冷卻
| 電源結構 | 產品類別 | 產品型號 | 產品描述 |
|---|---|---|---|
| 12V & MPS 新型 4V 至 6V 電源結構 | 數字多相控制器 |
MP2882 （聯系 MPS 以獲取樣品） MP2972 （聯系 MPS 以獲取樣品） |
單回路、10 相多相控制器 雙回路、16 相數字多相控制器 雙回路、12 相數字多相控制器 |
|
12V 電源結構 |
DrMOS Intelli-Module |
MP87006 MP87000 |
16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 4mm x 6mm 封裝 16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 5mm x 6mm 封裝 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 8mm 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 10mm |
| MPS 新型 4V 至 6V 電源結構 | DrMOS |
MP86976 （聯系 MPS 以獲取樣品） |
12V、60A Intelli-PhaseTM ，采用 3mm x 6mm 封裝 7V、70A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封裝 |
| 電源結構 | 12V & MPS 新型 4V 至 6V 電源結構 |
|---|---|
| 產品類別 | 產品描述 |
| 數字多相控制器 |
單回路、10 相多相控制器 MP2882 （聯系 MPS 以獲取樣品） 雙回路、16 相數字多相控制器 MP2972 （聯系 MPS 以獲取樣品） 雙回路、12 相數字多相控制器 |
| 電源結構 | 12V 電源結構 |
| 產品類別 | 產品描述 |
|
DrMOS Intelli-Module |
16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 4mm x 6mm 封裝 16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 5mm x 6mm 封裝 MPC22163 （聯系 MPS 以獲取樣品） 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 8mm MPC22164 （聯系 MPS 以獲取樣品） 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 4mm |
| 電源結構 | MPS 新型 4V 至 6V 電源結構 |
| 產品類別 | 產品描述 |
| DrMOS |
MP86972 （聯系 MPS 以獲取樣品） 12V、60A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封裝 MP86976 （聯系 MPS 以獲取樣品） 7V、70A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封裝 |
MPC22163-130 - 采用 Quiet SwitcherTM 技術的雙相 Intelli-Module
The MPC22163 是一款非隔離式降壓電源模塊，具有 130A 的連續峰值輸出電流。 該模塊將驅動器 MOSFET 和電感集成在一個緊湊的封裝中，節省了布局空間并實現了更高的功率密度。MPC22163 支持多個模塊并聯運行，功率可擴展至高于 2kW。 其 8mm 的最大高度適用于多種應用，例如 OAM 外形尺寸底板。
產品特性：
- 頂部冷卻封裝
- 電流采樣技術：Accu-SenseTM
- 溫度采樣
- 限流保護
- 支持并聯操作
- 過溫保護 (OTP)
- 故障報告
- 通用封裝：LGA-72 (9mmx10mm)
MP22163-130
尺寸
9mmx10mmx7.5mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 功率密度 (W/in3) | 峰值效率 @ 12V (%) |
| MPC22163-130 | 4 至 16 | 0.5 至 2 | 130 | 600 to 1500 | 2475 | 88.7 |
MPC22166-130 - 采用 Quiet SwitcherTM 技術的雙相智能模塊
The MPC22166 是一款非隔離式降壓電源模塊，具有 130A 的連續峰值輸出電流。 該模塊將驅動器 MOSFET 和電感集成在一個緊湊的封裝中，節省了布局空間并實現了更高的功率密度。MPC22166 支持多個模塊并聯運行，功率可高達 2kW+。其 4mm 的最大高度適用于多種應用，例如 Z 軸供電? 和 PCIe 外形尺寸板。
功能特性：
- 頂部冷卻封裝
- 電流采樣技術：Accu-SenseTM
- 溫度采樣
- 限流保護
- 支持并聯操作
- 過溫保護 (OTP)
- 故障報告
- 通用封裝：LGA-72 (9mmx10mm)
- 超低高度：最大 4mm
- 與 MPC22163 引腳對引腳兼容
MPC22166-130
尺寸
9mmx9.9mmx3.9mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 功率密度 (W/in3) | 峰值效率 (%) |
| MPC22166-130 | 4 至 16 | 0.5 至 2 | 130 | 600 to 1200 | 5034 | 90 |
MPC22167 - 采用 Quiet SwitcherTM 技術的 130A、雙相、Intelli-ModuleTM
The MPC22167 是一款非隔離式降壓電源模塊，具有 130A 的連續峰值輸出電流。 該模塊將驅動器 MOSFET 和電感集成在一個緊湊的封裝中，節省了電路板空間并實現了更高的功率密度。MPC22167 支持多個模塊并聯運行，功率可高于 2kW。其 8mm 的最大高度適用于廣泛的應用，例如 OAM 外形尺寸板。
功能特性：
- 頂部冷卻封裝
- 電流采樣技術：Accu-SenseTM
- 溫度采樣
- 限流保護
- 支持并聯操作
- 過溫保護 (OTP)
- 故障報告
- 通用封裝：LGA-72 (9mmx10mm)
MPC22167
尺寸
9mmx9.9mmx7.65mm
| 產品型號 | VIN (V) | VOUT 范圍 (V) | IOUT (A) | fsw (kHz) | 功率密度 (W/in3) | 峰值效率 (%) |
| MPC22167-130 | 4 至 16 | 0.5 至 2 | 130 | 500 to 1500 | 2475 | 91 |
MP2891 - 雙回路、OVR4i + 16 相控制器
功能特性：
- 超高相位數
- 雙回路、16 相控制器，能為 NVIDIA PWM-VID 核心供電
- 電源軌 1 最多 16 相，電源軌 2 最多 8 相
- 數字控制
- 數字環路補償和負載線調節
- 非線性控制降低了對瞬態輸出電容的要求
- 數字可配置性與監控功能
- 兼容串行接口
- VOUT、IOUT、VIN、PIN 和溫度遙測
- Intelli-PhaseTM 故障診斷
- 集成 NVM 以存儲 VR 配置并實現黑盒功能
- 設計靈活性
- 開關頻率高達 3MHz
- 自動切相提高輕載效率
- 可調電壓、電流和溫度保護
封裝： QFN-56 (7mmx7mm)
MPQ8655 – 16V、30A、帶數字接口的可擴展數字同步降壓變換器
功能特性：
- 數字負載點 (POL)
- 輸出電壓 (VOUT)、輸出電流 (IOUT)、輸入電壓 (VIN) 和芯片內部溫度 (TJ) 報告
- 內置內存以存儲個性化配置
- 可通過 PMBus 編程
- 高度靈活性，可用于多電源軌系統
- 可擴展至 8 相
- 輸入電壓范圍：3.1V 至 16V -> 支持 3.3V、5V 和 12V 輸入
- 輸出電壓 (VOUT) 可調范圍為 0.4V 至 0.9 x VIN，最大可達 5.5V
- 高達 30A 的每相連續輸出電流 (IOUT)
- 無損耗、精確的片上電流采樣功能
- 可調限流功能讓電感選型更加靈活
- 0.5% 參考電壓精度
- 真實的輸出電壓 (VOUT) 遠端采樣功能
- 自適應恒定導通時間控制
- 超快瞬態響應
- 采用 Zero-ESR 輸出電容可穩定工作
Package: TQFN-25 (4mmx5mm)
MP5048 – 60V, 15A, 7mΩ RDS(ON) 熱插拔 Intelli-Fuse 解決方案
功能特性：
- 具有業界更高電流的 60V 電熔絲
- 高度靈活性，可用于多相系統
- 輸入電壓范圍：24V 至 60V
- 可獨立運行，也可并聯操作以實現擴展
- 可調輸出電壓軟啟動實現了浪涌電流控制
- 1.5% 的 IMON 報告精度實現了精確的系統功率報告
- 全面的支持保護功能
- 可調過流保護 (OCP) 限制
- 精確的片上溫度采樣和過溫關斷保護
- 引腳可配置閉鎖和打嗝保護
- 故障引腳指示(FLTB)
封裝： QFN-30 (5mmx5mm)
第二級模塊與傳統分立式解決方案
當今社會對 CPU 和 GPU 的電流需求不斷增長，封裝尺寸也不斷擴大，設計人員通常只剩有限的電路板區域來安裝多相穩壓器 (VR)。采用 Intelli-Module 方案的 VR 設計可以將功率密度提高 2.5 倍，并允許將穩壓器放置在更靠近處理器的位置，以減少 PDN 損耗。
| Intelli-Modules: DrMOS + 電感 | DrMOS（分立式方案） |
Intelli-Module 解決方案提供了效率與尺寸的更佳組合
90mm2 布局面積 |
傳統 VR 方案
225mm2 布局面積 |
OAM 外形尺寸電源解決方案
MPS 遵循常見設計的 OCP 標準提供端到端的電源解決方案，例如 OAM 外形尺寸。本參考設計（最大 2000A）將展示這些功能，并采用我們的 4:1 第一級模塊和第二級 Intelli-Module。
2000A 參考設計
規格：
- 54V 輸入電壓，0.8V 標稱輸出電壓
- 1000A 輸出電流，最大 2000A
- 用于瞬態測試的嵌入式負載沖擊器
- 第二級采用 MP2891 16 相控制器和 MPC22167（與上一代模塊產品 MPC22163 采用同一通用封裝，并具有更高的效率）
- 現已提供 2000A EVB 樣品
AI 加速卡
- OAM
- SXM
- 等
助力電源解決方案適應 AI 處理器不斷增長的電流需求
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