半桥式DC-DC转换器方案有效降低数据中心的功耗
为降低功耗，数据中心目前采用基于48V总线电压的新型机架式架构。敬请了解如何通过设计半桥式DC-DC转换器来实现这种48V系统。
简介
为满足日益增长的数据存储需求，业界不断扩大规模和建立新数据中心（图1）。这种扩张最终导致功耗增加，同时也提出了减少功率损耗的要求。
降低数据中心功耗的一个非常有效的方法就是在服务器机架上使用48V总线电压。然而，目前只有通过使用精选的高效MOSFET才能实现这种架构。
第1章：开放式机架架构如何解决功率损耗问题
为实现更高的效率，必须解决功率损耗问题。开放计算项目（OCP）提出的开放式机架架构通过使用48V总线而非传统12 V总线，解决功率损失问题。
为了解其工作原理，首先需记住一点：业内使用I2R计算电源线造成的功率损耗；其中，R表示电源线电阻，I表示电源线电流。根据电流与电阻之间的这种简单关系，对于相同级别的电阻，如果电流较低，则功率损耗更少并且效率更高。
对于开放式机架架构，请考虑通过12 V总线与48 V总线为服务器机架提供相同功率时的损耗：通过48 V总线的电流仅为通过12 V总线电流的1/4。因此，假设48 V总线和12 V总线具有相同级别的电阻，则48 V总线的功率损耗将为12 V总线功率损耗的1/16。
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第2章：采用半桥式DC-DC转换器的开放式机架
为摆脱理论的条条框框限制并将开放式机架架构投入实际应用，请考虑半桥式DC-DC转换器，具体如图2所示。这种转换器可有效地将48 V总线电压降至1.2 V，并降低系统的总功耗。
半桥式DC-DC转换器上的MOSFET工作造成的各种功率损耗，除开关损耗外，还包括栅极驱动损耗、输出电容损耗、二极管反向恢复损耗和导通损耗。每种功率损耗都会影响DC-DC转换器的效率。
为便于考虑，我们使用配有两个MOSFET的非隔离降压型DC-DC转换器（如图3所示），而非半桥式DC-DC转换器。当考虑半桥式DC-DC转换器的功率损耗时，图3中的高边MOSFET对应于图2中的原边MOSFET（TR1、TR2），图3中的低边MOSFET对应于图2中的副边MOSFET（TR3、TR4）。
图3所示的功率损耗都是在非隔离降压型DC-DC转换器的每个MOSFET上产生的。使用恰当的MOSFET可以大大减少这些损耗。
第3章：我们的方法
我们开发了支持48 V总线系统的半桥式DC-DC转换器的参考设计，并研究了在48V总线系统上实现最高效率水平所需的最有效、最实用的功率MOSFET。
表1显示了半桥式DC-DC转换器的规格，图5显示了该转换器的方框图。
通过使用恰当的MOSFET，半桥式DC-DC转换器的总效率达到92.8%（Vin＝54.5 V，30%负载），电路板尺寸仅为160 mm×100 mm。
尽管对原边来说，MOSFET的输入电容越小，开关损耗就越小，但导通损耗的影响同样不容忽视，因为最大负载时平均约有3A电流流过。因此，我们平衡了输入电容值和漏源导通电阻后选择了TPN1200APL。
在副边，内置二极管将在MOSFET导通前运行，从而使导通损耗成为主导因素。因此，我们选用了TPHR6503PL，在我们的30 V MOSFET系列产品中，TPHR6503PL的漏源导通电阻最低，仅为0.41 mΩ。
第4章：关于降低功耗的相关信息
OCP提出的开放式机架架构利用48 V线路降低能耗并提高效率。支持48 V总线系统的半桥式DC-DC转换器是实现高效运行的方法之一。
需慎重选择恰当的MOSFET才能让DC-DC转换器发挥作用。在紧凑型高效DC-DC转换器的参考设计中，我们选用TPN1200APL作为原边MOSFET，并选用TPHR6503PL作为副边MOSFET。
我们提供VDSS介于30 V-250 V之间的优质高效型MOSFET，以及各VDSS等级的各类漏源导通电阻的MOSFET，因此工程师在设计DC-DC转换器时可找到合适的MOSFET。.
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