在算力需求與碳中和目標的雙重約束下，數據中心行業正從單一指標極致化轉向系統級優化，對相關元器件的功率密度和效率提出了更高要求。與此同時，現代數據中心體量持續擴大，安全可靠性的重要性愈發凸顯。德州儀器系統經理游聲揚表示，現代 AI 數據中心正驅動云計算、人工智能、5G 等技術迅猛發展，隨之而來的是數據中心對電源需求的急劇攀升，更高的功率密度與效率成為行業核心挑戰。如何在高性能計算與能源效率之間找到平衡，已成為推動數據中心持續演進的關鍵。
為幫助現代數據中心應對上述挑戰，德州儀器（TI）推出新款電源管理芯片，以滿足其快速增長的電源需求。其中，TI 發布的采用行業標準 TOLL 封裝的集成式 GaN 功率級系列（LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070），在功率密度和效率方面實現了顯著提升；新款 TPS1685 則是具備電源路徑保護功能的 48V 集成式熱插拔電子保險絲，可助力客戶滿足數據中心硬件及處理需求。
功率密度 > 100W/in³ 的集成式 GaN 功率級系列
在提升效率和功率密度領域，第三代半導體的價值日益凸顯。在電源設計中，GaN（氮化鎵）作為第三代寬禁帶半導體材料，憑借高頻高效、耐高溫、高功率密度的特性，正成為數據中心電源提升效率與功率密度的核心技術突破口。GaN 在數據中心電源轉換系統中的顛覆性優勢主要體現在以下方面：高頻高效轉換，降低電能損耗：GaN 器件的開關速度遠超硅基 MOSFET，且反向恢復損耗幾乎為零，可實現高效電源設計；減小被動元件體積，提升功率密度：高頻工作模式允許使用更小的電感和電容，因此 GaN 器件可大幅壓縮電源模塊體積，縮短板級輸電距離，降低線纜損耗，進而實現高功率密度。
不過，GaN 器件也面臨技術挑戰。現有數據中心架構多基于硅基器件設計，改用 GaN 需重新優化驅動電路、散熱方案和控制算法，尤其是驅動器與 GaN 器件的匹配存在一定技術門檻。游聲揚指出，TI 推出的集成式 GaN 功率級系列（LMG3650R035、LMG3650R025 和 LMG3650R070）集成了高性能柵極驅動器與 650V GaN 場效應晶體管（FET），同時實現了高效率（>98%）和高功率密度（>100W/in³）。這些器件還集成了過電流保護、短路保護和過溫保護等先進功能，這對服務器電源等交流 / 直流應用尤為重要 —— 設計人員需在更小空間內提供更大功率。
在實際應用中，TI 集成式 GaN 功率級系列的集成柵極驅動器可幫助設計人員構建簡潔的高密度布局，同時顯著減少寄生耦合。這一特性在高開關頻率的電源轉換中尤為關鍵，因為柵極環路中的電路寄生耦合會導致柵極噪聲和重疊損耗增加。而使用集成式功率級，寄生耦合可降至極低水平，且布局設計更簡化。值得一提的是，集成式 GaN 功率級系列采用工業標準變壓器外形無引腳（TOLL）封裝，設計人員可直接利用 TI GaN 器件的效率優勢，無需進行成本高昂且耗時的重新設計。傳統 GaN 器件常因初期改造難度大，迫使設計人員放棄升級，而 TI 的方案有效解決了這一痛點。
保護能力達 6kW 以上的熱插拔電子保險絲
TI 推出的另一款新品是48V 可堆疊集成式熱插拔電子保險絲 ——TPS1685。TPS1685 是一款集成式大電流電路保護與電源管理器件，僅需少量外部元件即可提供多種保護模式，能有效抵御過載、短路和浪涌電流沖擊。針對浪涌電流有特殊要求的應用，可通過單個外部電容器設定輸出轉換率；用戶還可根據系統需求設置輸出電流限制電平。借助用戶可調節的過流消隱計時器，系統可在電子保險絲不跳閘的情況下支持負載電流瞬態峰值。此外，集成的快速、準確模擬負載電流監測器有助于開展預測性維護，而Intel PSYS 和 PROCHOT 等先進動態平臺電源管理技術可優化服務器和數據中心性能。
游聲揚介紹，采用分立式熱插拔控制器和外部場效應晶體管（FET）時，功率通常僅為 4kW；而集成式解決方案 TPS1685 可將功率擴展至6kW 以上。由于集成了熱插拔控制器和 FET，該方案元件數量更少，設計更精簡 —— 無需檢測電阻和電流傳感放大器即可監測電流，元件數量和解決方案尺寸減少 50%。此外，TPS1685 采用30mm² 薄型四方扁平無引腳（LQFN）封裝，可提供可靠且智能的電源路徑保護。
傳統電子保險絲并聯運行時面臨顯著挑戰，如漏源導通電阻（RDS (ON)）、PCB 布線電阻和比較器閾值不匹配，可能導致電子保險絲間電流分配不均，引發過早跳閘或誤跳閘。而設計人員可通過并行連接多個 TPS1685 器件，增加高功率系統的總電流容量。所有器件在啟動和穩態期間可主動同步運行狀態并共享電流，避免部分器件過載導致并行鏈過早或部分關閉，使設計人員能夠通過可擴展的器件滿足 > 6kW 的高功率處理需求。
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