隨著全球伺服器及資料中心用量持續成長，滿足穩定高效的電源供應需求，已成為支援耗電量上升的必要條件。用電量快速增加的原因在於，目前需要越來越多的整合式中央處理器、圖形處理器及加速器，以提升伺服器和資料中心的計算速度。提升應用效益的做法推動了電源單位 (PSU) 演進發展，提供高功率效率、快速暫態響應、高功率密度及更大的電源容量。
高功率效率
具備高功率效率的伺服器 PSU 可減少浪費電源，讓更多電力由來源傳輸至負載，進而降低資料中心的營運成本，以及對環境造成的衝擊。這項功能可協助資料中心符合 80 Plus 等日漸嚴格的效率標準、在寬廣的負載範圍實現高於平均的鈦級效率，並減少排放二氧化碳至環境中。
快速瞬態回應
在伺服器電源應用中，快速瞬態回應可協助系統穩定可靠地運作，以因應持續變化的負載及輸入瞬態。此外，系統也需要符合伺服器電源原始設備製造商日益嚴格的瞬態回應規格：在 2.5 至 5 A/µS 達到 80% 至 100% 的負載跳變。以上參數的圖解請參閱圖 1。
圖 1：瞬態回應參數
更高的功率密度及更大的電源容量
伺服器及資料中心的耗電量持續成長，因此需要更大的電源容量。氮化鎵 (GaN) 等電源技術可在更小空間內實現更大的電源容量，藉此實現更精巧的電源供應裝置。以即時微控制器 (MCU) 控制高切換頻率，是這類系統達到高功率密度的關鍵所在，並可減少整體系統的材料清單。
解決伺服器 PSU 的設計挑戰
為了實現前述效益，伺服器 PSU 製造商面臨多項設計挑戰，例如：
- 實作圖騰柱無橋式功率因數修正等複雜的功率拓撲結構，以及各種控制演算法，例如零電壓切換、零電流切換、同步整流時序，以及由混合遲滯控制進行的電感器-電感器-電容器全橋式 DC/DC 轉換。
- 實現即時控制效能，以加速控制環路執行。
- 於採用 GaN 及碳化矽 (SiC) 等寬頻隙電源裝置時減少功率損耗，同時維持更高的切換頻率。
為因應伺服器 PSU 系統日漸增加的功率效率及功率密度要求，即時 MCU 需要具備多項關鍵功能，例如低延遲訊號鏈、高脈衝寬度調變 (PWM) 彈性及解析度、高控制環路速度，以及高切換頻率。圖 2 為 PSU 原理圖範例。
圖 2：伺服器電源供應搭配 AC/DC 及 DC/DC 級的典型雙控制器架構
TMS320F280039C C2000TM 即時 MCU 可提供以上所有特性，同時協助滿足或減少伺服器 PSU 設計預算，並持續透過各種彈性創新的功能，強化整合式即時訊號鏈 (感測、處理及控制)。圖 3 為 F28003x 系列。
圖 3：F28003x MCU 擴展 C2000 即時 MCU 產品組合
高度準確的感測能力
F280039C MCU 能夠以本身的整合式類比零組件，在伺服器 PSU 實現高功率效率及快速的瞬態回應時間，包括多個 4-MSPS 類比數位轉換器，具備靈活的啟動轉換管理功能，以及 11 個有效位元數及後處理區塊。該MCU也整合快速的類比比較器及最佳化電源控制功能，例如遮蔽、延遲跳脫、尖峰電流模式控制及斜率補償，以提供精準的功率轉換。
高效能處理
F280039C以32 位元數位訊號處理器架構結合控制律加速器，提供 240 MIPS 以上的即時效能，並具備浮點單元及三角數學單元等功能，可實現更高的功率密度及高瞬態回應，適合處理時間緊迫的複雜計算作業。
靈活的高解析度控制
即使在高頻率的情況下，也能實現更大的電源容量，並在各個相位之間維持同步，是高瓦特伺服器 PSU 系統的必要條件。F280039C 提供 150-ps 解析度 PWM 通道，具備谷值開關、延遲跳脫、死區時間調整及全域重新載入等功能，可精準控制複雜的功率拓撲結構及控制演算法。整合式的可配置邏輯元件區塊則進一步強化 PWM 彈性，並與 GaN 技術無縫整合連接，實現高功率密度。
C2000 即時 MCU 在伺服器 PSU 系統的其他效益
除了電源管理及快速即時控制的各項趨勢，伺服器 PSU 也出現幾項日漸風行的其他需求，可由 F280039C MCU 加以實現：
- 藉由即時韌體更新無縫切換為全新韌體，不中斷電源供應，同時透過多庫變異搭配多種快閃記憶體選項，以及更快速的快閃記憶體庫清除時間，將軟體負擔降到最低。
- 通訊介面由 PMBus 改為控制器區域網路 (CAN) 匯流排 (也可能改為 CAN-FD)，以實現更快的速度、高資料傳輸速率及可靠的主機通訊。
- 透過加密功能實現安全性 (例如進階加密標準、安全啟動及安全聯合測試工作群組) 以因應業界疑慮，在連結日趨緊密的世界中保護程式碼及資料，避免受到外部攻擊。
結論
F280039C MCU 於 C2000 MCU 平台擴展規模，提供各種整合式功能，協助您實現進階的即時控制，同時降低材料清單成本。F28003x MCU 系列可補足對 GAN 及 SiC 等寬頻隙技術的需求，協助這類技術釋放完整潛能，實現更高的功率效率及功率密度，以及更快速的回應時間。簡單易用的軟體則可協助伺服器 PSU 設計人員加速開發作業。
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