低导通电阻MOSFET提升数据中心效率-基础电子

精品文档-下载后可编辑低导通电阻MOSFET提升数据中心效率-基础电子飞兆半导体推出的导通电阻RDS(ON)小于1mΩ的30VMOSFET，这款全新飞兆半导体器件FDMS7650是RDS(ON)值为0.99mΩ(VGS=10V,ID=36A)的N沟道器件，它是业界采用5×6mmPOWER56封装且RDS(ON)的MOSFET器件，而采用5×6mm封装的同类30VMOSFET器件的RDS(ON)则为1.4至1.6mΩ。

通过*测，MOSFET器件的总体漏源导通电阻RDS(ON)是由芯片电阻和封装电阻构成的。这项参数非常重要的原因主要有两个：首先，因为它与功耗直接相关，其次，它决定了针对特定应用的硅器件的电流承载能力。在这种情况下，飞兆半导体全新MOSFET器件由专为高密度DC开关应用而优化的先进封装和硅片组合构成，这些应用包括面向高可用性电信和服务器系统的有源ORing冗余电源。FDMS7650具有的低RDS(ON)值使其成为ORing应用的理想选择，这是由于低RDS(ON)能够确保在导通状态具有的正向电压降，以便实现效率和传导损耗及更好的热性能。

取代ORing中的二极管

为实现灵活性、高冗余或高容量特性，高可用性应用如电信和通信基础设施系统，以及数据中心服务器通常备有多个并行的电源。通过周密的功率总线设计，电源可以分担负载，或让一个电源工作而另一个处于待机状态。采用这种方法的话，如果任何一个电源失效，整个系统也不会关断，这是因为冗余电源能够继续为负载供电。

因此，冗余电源架构需要依赖于ORing解决方案。一个有源ORing解决方案结合了一个功率MOSFET和一个控制器IC，ORingMOSFET是具有电源故障快速动态响应特性和RDS(ON)的理想器件，为什么这样说呢?因为低RDS(ON)能够限度地减小传导损耗，并提高系统效率。传导损耗取决于占空比、漏源电阻以及通过器件的负载电流。由于占空比和负载电流是由应用决定的，RDS(ON)则是由设计人员选定的变量，因而选择RDS(ON)尽可能低的MOSFET器件是提高系统效率的直接方式。

虽然分立ORing二极管解决方案已经使用了一段时间，而且价格并不昂贵。但由于系统的功率需求增加，而且普遍预计这种趋势将会持续，这种器件的主要缺陷即功耗，将变成难以解决的问题。FDMS7650MOSFETORing具有极低的RDS(ON)特性，是一种更可行的解决方案，它能够避免用户使用具有相同电流的传统肖特基二极管所带来的二极管压降、功耗和热耗散。

二极管ORing方案还可能体积较大，而FDMS7650的低功耗特性将大幅减少对热管理的需求，因此使用FDMS7650等产品的MOSFETORing解决方案可以实现更小的尺寸，从而配合当前电信/数据中心基础设施向更小的模块尺寸方向发展的趋势。

节省数据中心的电能

数据中心非常耗电，一个普通的数据中心所消耗的电能在1MW至20MW之间。对于该类设备在计算硬件方面所花费的每一美元，预计约有50美分以上用于为硬件供电和冷却。

行业研究显示，数据中心每年所消耗的电能约为1800亿kWh，超过电能消耗的1%。这相当于6000万个家庭(这一数量超过欧盟家庭总数的三分之一)的典型年耗电量。的确，一些已经发布的研究指出，预计到2022年，一旦谷歌在俄勒冈州Dalles的数据中心以满负荷运行，它可能需要多达103MW的功率来运行，这足以为Newcastle的每个家庭提供电能。

提升电源效率还将间接影响数据中心的成本。效率低下的功率转换所浪费的电能将变为无用的热能，但是更高效的系统将会减少冷却设备所需的电能费用，研究显示数据中心的冷却系统所消耗的能量约占其能耗的40%或更多。

FDMS7650的封装

FDMS7650型N沟道MOSFET采用高性能PowerTrench工艺技术制造，较小尺寸的封装尺寸(如图1所示)，使其达到较低的RDS(ON)和较高的负载电流。

图1封装示意图

采用SO-8封装的功率MOSFET已经流行了一段时间，但是近几年一种被称作Power56的增强型功率器件封装更具吸引力。相比SO-8封装，Power56封装具有更低的封装电感和电阻参数，以及更小的热阻。

Power56封装被设计为能够限度地减小电路板空间和RDS(ON)，底部带有大漏极垫片，用于将热量传导出封装并迅速通过PCB散发掉。它还具有更好的热性能，Power56封装的电流和热性能可与DPAK封装相媲美，但仅占用40%的电路板面积。

Power56封装所需的安装技术与传统SO-8封装稍有不同。不过，飞兆半导体的工程师显示，那些熟悉安装大平面面积封装器件的工程师将会发现这两种封装技术是相似的。在为Power56封装器件设计电路板时，设计人员应当记住漏极是效的散热路径。由于Power56具有的独特设计，可以从裸片的三个侧边引出铜