48V 数据中心
概述
现代数据中心的每个机架平均提供 3kW - 5kW 的功率，为服务器、存储器和网络机架供电。大部分功率会供给基础 CPU，以确保其能高效率工作。因此，传统 12V 电源架构被广泛采用。
但随着云计算、人工智能应用以及大功率处理器和加速器需求的不断增长，数据中心也在不断发展以适应新的大功率需求。例如，早期 AI 市场超级计算机的整个电源系统需要 3200W 的功率。第二代 AI 的功率需求增长了三倍，使整个电源系统的总功率达到了 10kW。由于分配大电流时功率损耗随电流的平方 (I2R) 增大，必须在背板或走线中使用更多的铜来控制配电损耗。这样最终会限制系统的功率传输。
为了满足行业新的电源需求，MPS 开发了一种新型电源架构，它采用 48V 配电电压，能够将配电损耗降低 16 倍；另外还提供了 48V 数据中心解决方案，以应对新的设计挑战。
图 1: 传统的 12V 配电方案
MPS 48V 电源结构
48V 电源结构: MPS 新型 48V 至 4.8V 系统
48V 电源结构 – MPS 4V 至 6V 系统
- 总系统效率得到了极大优化
- 第一级解决方案：MPS LLC 电源模块
- 输入输出比 10:1
- 提供各种功率等级
- 可并联工作
- 第二级解决方案：数字多相控制器+低压 Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module
- Intelli-PhaseTM 系列提供额定值高达 90A 的连续电流
- Intelli-Module 解决方案提供额定值高达 170A 的连续电流
- 电熔丝
Intelli-Modules 是 MPS 提供的新型开放式框架电源模块，是第二级解决方案的组成部分。Intelli-Module 能够实现高功率密度并能优化空间受限应用的散热性能。
Intelli-PhaseTM 是 MPS 提供的先进功率级。MPS DrMOS 采用我们的单片工艺可以大幅提高产品性能，同时集成了多种高级功能，包括电流采样、温度采样和故障报告。
横向供电与 Z 轴供电™
现代数据中心多采用横向供电系统，其电源稳压器通常放置在电路板顶部、处理器的周围。但随着 CPU 和 GPU 电流需求的不断增长，稳压器与负载点之间的距离成为造成 PDN 损耗的重要因素。此外，PDN 增加还意味着系统需要为稳压器提供更高的输出电容。
Z 轴供电™则将稳压器放置在 PCB 底部、处理器的下方。这种方法可以显著降低 PDN 损耗（超过 10 倍）。
横向供电 < 1000A
Z 轴供电™ > 1000A
MPS 提供的电源模块解决方案高度小于 4mm ，可以适应 PCB 底部有限的空间。
第一级解决方案：电源模块
MPS 提供了多种第一级电源模块产品选项
10:1 IBC 模块 适合 Z 轴供电TM
54V 至 5.4V，低开关损耗可实现更高频率的第二级功率级，从而允许使用更小、更短的电感。MPS 的所有 IBC 模块都可并联运行，以实现大于 1kW 的功率水平。后续我们将提供包含更多详细信息的应用说明。
MPC1100C-54 - 高效率、非隔离式、固定比率、数字 DC/DC 300W 电源模块
MPC1100C-54 是一款开放框架数字 DC/DC 电源模块，连续功率高达 300W。 该模块支持高达 60V 的输入电压，并配置为 10:1 输入输出比。它提供多次可编程 (MTP) 数字控制器，可以轻松配置以快速启动系统并灵活适应系统需求。
功能特性：
- 10:1 输入输出比
- LLC 拓扑结构
- 兼容串行接口
- 支持并联操作
- 内置 MTP 以存储自定义配置
- 欠压锁定 (UVLO) 保护
- VOUT 过压保护 (OVP) 和欠压保护 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 过温保护 (OTP)
- 提供 GUI 配置软件
- 适合大电流和高功率应用
- 与 MPC1102-54 引脚对引脚兼容
MPC1100C-54
尺寸
27mmx18mmx6.1mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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、非隔离式、固定比率、数字 DC/DC 750W 电源模块
MPC11057-54-0750 是一款开放框架数字 DC/DC 电源模块，连续功率高达 750W（见图 4）。该模块支持高达 60V 的输入电压，并配置为 10:1 输入输出比。它提供多次可编程 (MTP) 数字控制器，可以轻松配置以快速启动系统并灵活地适应系统需求。
功能特性：
- 10:1 输入输出比
- 功率密度：1840W/in3
- LLC 拓扑结构
- 兼容串行接口
- 内置 MTP 以存储自定义配置
- VIN 欠压锁定 (UVLO) 保护
- VOUT 过压保护 (OVP) 和欠压保护 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 过温保护 (OTP)
- 提供 GUI 配置软件
- 适合大电流和高功率应用
MPC11057-54-0750-xxxx
尺寸
53mmx18mmx7mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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、非隔离式、固定比率、数字 DC/DC 800W 电源模块
The MPC12106-54-0750 是一款开放框架数字 DC/DC 电源模块，具有高达 800W 的连续功率。该模块支持高达 60V 的输入电压，并配置为 4:1 输入输出比。它提供多次可编程 (MTP) 数字控制器，可以轻松配置以快速启动系统并灵活地适应系统需求。
功能特性：
- 4:1 输入输出比
- 功率密度：3310W/in3
- LLC 拓扑结构
- 兼容串行接口
- 内置 MTP 以存储自定义配置
- VIN 欠压锁定 (UVLO) 保护
- VOUT 过压保护 (OVP) 和欠压保护 (UVP)
- OCP_TDC/尖峰
- 过温保护 (OTP)
- 提供 GUI 配置软件
- 适合大电流和高功率应用
MPC12106-54-0750
尺寸
24mmx18mmx8.6mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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 |
第二级解决方案：数字多相控制器 + Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module
MPS 拥有功能强大的数字多相控制器产品组合以及 Intelli-PhaseTM 和 Intelli-Module 解决方案。更多信息请访问：https://www.monolithicpower.cn/cn/products/ power-management/data-center.html
图 7: 第二级数字多相控制器 + Intelli-PhaseTM 或 Intelli-Module 功能框图
- 数字多相控制器功能特性：
- 恒定导通时间 (COT) 控制
- 多回路，灵活相位分配
- 多接口选项：SVID、SVI2/3、OVR 或串行接口
- 故障处理和遥测功能
- Intelli-PhaseTM 功能特性：
- 从 10A 到 90A 的产品系列范围
- 宽 fsw 范围：瞬态与效率之间的平衡
- 内置 ZCD、OCP、NOCP、OTP 和 SCP
- 尽可能减少了外部元器件
- 功能特性：
- 实现空间受限应用的高功率密度
- 灵活的输出分配
- 支持并联运行以获得更高的功率输出
- 优化了顶部冷却
| 电源结构 | 产品类别 | 产品型号 | 产品描述 |
|---|---|---|---|
| 12V & MPS 新型 4V 至 6V 电源结构 | 数字多相控制器 |
MP2882 （联系 MPS 以获取样品） MP2972 （联系 MPS 以获取样品） |
单回路、10 相多相控制器 双回路、16 相数字多相控制器 双回路、12 相数字多相控制器 |
|
12V 电源结构 |
DrMOS Intelli-Module |
MP87006 MP87000 |
16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 4mm x 6mm 封装 16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 5mm x 6mm 封装 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 电源结构 | DrMOS |
MP86976 （联系 MPS 以获取样品） |
12V、60A Intelli-PhaseTM ，采用 3mm x 6mm 封装 7V、70A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封装 |
| 电源结构 | 12V & MPS 新型 4V 至 6V 电源结构 |
|---|---|
| 产品类别 | 产品描述 |
| 数字多相控制器 |
单回路、10 相多相控制器 MP2882 （联系 MPS 以获取样品） 双回路、16 相数字多相控制器 MP2972 （联系 MPS 以获取样品） 双回路、12 相数字多相控制器 |
| 电源结构 | 12V 电源结构 |
| 产品类别 | 产品描述 |
|
DrMOS Intelli-Module |
16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 4mm x 6mm 封装 16V、90A Intelli-PhaseTM，采用 5mm x 6mm 封装 MPC22163 （联系 MPS 以获取样品） 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 8mm MPC22164 （联系 MPS 以获取样品） 16V、130A Intelli-Module，占位 9mm x 10mm x 4mm |
| 电源结构 | MPS 新型 4V 至 6V 电源结构 |
| 产品类别 | 产品描述 |
| DrMOS |
MP86972 （联系 MPS 以获取样品） 12V、60A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封装 MP86976 （联系 MPS 以获取样品） 7V、70A Intelli-PhaseTM，采用 3mm x 6mm 封装 |
MPC22163-130 - 采用 Quiet SwitcherTM 技术的双相 Intelli-Module
The MPC22163 是一款非隔离式降压电源模块，具有 130A 的连续峰值输出电流。 该模块将驱动器 MOSFET 和电感集成在一个紧凑的封装中，节省了布局空间并实现了更高的功率密度。MPC22163 支持多个模块并联运行，功率可扩展至高于 2kW。 其 8mm 的最大高度适用于多种应用，例如 OAM 外形尺寸底板。
产品特性：
- 顶部冷却封装
- 电流采样技术：Accu-SenseTM
- 温度采样
- 限流保护
- 支持并联操作
- 过温保护 (OTP)
- 故障报告
- 通用封装：LGA-72 (9mmx10mm)
MP22163-130
尺寸
9mmx10mmx7.5mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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 技术的双相智能模块
The MPC22166 是一款非隔离式降压电源模块，具有 130A 的连续峰值输出电流。 该模块将驱动器 MOSFET 和电感集成在一个紧凑的封装中，节省了布局空间并实现了更高的功率密度。MPC22166 支持多个模块并联运行，功率可高达 2kW+。其 4mm 的最大高度适用于多种应用，例如 Z 轴供电™ 和 PCIe 外形尺寸板。
功能特性：
- 顶部冷却封装
- 电流采样技术：Accu-SenseTM
- 温度采样
- 限流保护
- 支持并联操作
- 过温保护 (OTP)
- 故障报告
- 通用封装：LGA-72 (9mmx10mm)
- 超低高度：最大 4mm
- 与 MPC22163 引脚对引脚兼容
MPC22166-130
尺寸
9mmx9.9mmx3.9mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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 技术的 130A、双相、Intelli-ModuleTM
The MPC22167 是一款非隔离式降压电源模块，具有 130A 的连续峰值输出电流。 该模块将驱动器 MOSFET 和电感集成在一个紧凑的封装中，节省了电路板空间并实现了更高的功率密度。MPC22167 支持多个模块并联运行，功率可高于 2kW。其 8mm 的最大高度适用于广泛的应用，例如 OAM 外形尺寸板。
功能特性：
- 顶部冷却封装
- 电流采样技术：Accu-SenseTM
- 温度采样
- 限流保护
- 支持并联操作
- 过温保护 (OTP)
- 故障报告
- 通用封装：LGA-72 (9mmx10mm)
MPC22167
尺寸
9mmx9.9mmx7.65mm
| 产品型号 | VIN (V) | VOUT 范围 (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 - 双回路、OVR4i + 16 相控制器
功能特性：
- 超高相位数
- 双回路、16 相控制器，能为 NVIDIA PWM-VID 核心供电
- 电源轨 1 最多 16 相，电源轨 2 最多 8 相
- 数字控制
- 数字环路补偿和负载线调节
- 非线性控制降低了对瞬态输出电容的要求
- 数字可配置性与监控功能
- 兼容串行接口
- VOUT、IOUT、VIN、PIN 和温度遥测
- Intelli-PhaseTM 故障诊断
- 集成 NVM 以存储 VR 配置并实现黑盒功能
- 设计灵活性
- 开关频率高达 3MHz
- 自动切相提高轻载效率
- 可调电压、电流和温度保护
封装： QFN-56 (7mmx7mm)
MPQ8655 – 16V、30A、带数字接口的可扩展数字同步降压变换器
功能特性：
- 数字负载点 (POL)
- 输出电压 (VOUT)、输出电流 (IOUT)、输入电压 (VIN) 和芯片内部温度 (TJ) 报告
- 内置内存以存储个性化配置
- 可通过 PMBus 编程
- 高度灵活性，可用于多电源轨系统
- 可扩展至 8 相
- 输入电压范围：3.1V 至 16V -> 支持 3.3V、5V 和 12V 输入
- 输出电压 (VOUT) 可调范围为 0.4V 至 0.9 x VIN，最大可达 5.5V
- 高达 30A 的每相连续输出电流 (IOUT)
- 无损耗、精确的片上电流采样功能
- 可调限流功能让电感选型更加灵活
- 0.5% 参考电压精度
- 真实的输出电压 (VOUT) 远端采样功能
- 自适应恒定导通时间控制
- 超快瞬态响应
- 采用 Zero-ESR 输出电容可稳定工作
Package: TQFN-25 (4mmx5mm)
MP5048 – 60V, 15A, 7mΩ RDS(ON) 热插拔 Intelli-Fuse 解决方案
功能特性：
- 具有业界更高电流的 60V 电熔丝
- 高度灵活性，可用于多相系统
- 输入电压范围：24V 至 60V
- 可独立运行，也可并联操作以实现扩展
- 可调输出电压软启动实现了浪涌电流控制
- 1.5% 的 IMON 报告精度实现了精确的系统功率报告
- 全面的支持保护功能
- 可调过流保护 (OCP) 限制
- 精确的片上温度采样和过温关断保护
- 引脚可配置闭锁和打嗝保护
- 故障引脚指示(FLTB)
封装： QFN-30 (5mmx5mm)
第二级模块与传统分立式解决方案
当今社会对 CPU 和 GPU 的电流需求不断增长，封装尺寸也不断扩大，设计人员通常只剩有限的电路板区域来安装多相稳压器 (VR)。采用 Intelli-Module 方案的 VR 设计可以将功率密度提高 2.5 倍，并允许将稳压器放置在更靠近处理器的位置，以减少 PDN 损耗。
| Intelli-Modules: DrMOS + 电感 | DrMOS（分立式方案） |
Intelli-Module 解决方案提供了效率与尺寸的更佳组合
90mm2 布局面积 |
传统 VR 方案
225mm2 布局面积 |
OAM 外形尺寸电源解决方案
MPS 遵循常见设计的 OCP 标准提供端到端的电源解决方案，例如 OAM 外形尺寸。本参考设计（最大 2000A）将展示这些功能，并采用我们的 4:1 第一级模块和第二级 Intelli-Module。
2000A 参考设计
规格：
- 54V 输入电压，0.8V 标称输出电压
- 1000A 输出电流，最大 2000A
- 用于瞬态测试的嵌入式负载冲击器
- 第二级采用 MP2891 16 相控制器和 MPC22167（与上一代模块产品 MPC22163 采用同一通用封装，并具有更高的效率）
- 现已提供 2000A EVB 样品
AI 加速卡
- OAM
- SXM
- 等
助力电源解决方案适应 AI 处理器不断增长的电流需求
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