前言

服务器电源需要在有限体积内完成交流到直流的变换,并且长期保持高负载运行,对控制器的实时性、运算能力和外设集成度都提出了很高要求。电源内部通常既要快速响应母线电压和输出负载的变化,又要留出足够的保护响应余量,因此主控芯片需要在片内同时具备高速模数转换、快速比较器和高分辨率脉宽调制输出能力,减少对外部器件的依赖。

芯片案例通过专业拆解了解到,Gospower高斯宝电气2200W钛金牌CRPS服务器电源G1236-2200WNG内部采用了两颗意法半导体STM32F334R8T6 MCU,分别用于PFC升压级和LLC谐振级的控制。

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高斯宝2200W钛金牌服务器电源

高斯宝电气G1236-2200WNG采用标准CRPS版型设计,支持100-240V交流输入以及240V高压直流输入,输入端设有C20插座。功率1000W,同时设有12V 3A待机输出,整机通过80 PLUS钛金牌能效认证。

电源内部采用PFC升压、LLC谐振变换和次级同步整流架构,两级变换各自配备独立的控制芯片,并通过PMBus与服务器主板通信,工作状态可以实时上报。

拆开外壳取出PCBA模块,可以看到输入端依次设置了保险丝、压敏电阻、安规X2电容、Y电容和共模电感,中间散热片上安装整流桥、PFC整流管和PFC开关管,高压滤波电容布置在散热片下方,输出端则集中了变压器、同步整流管和输出滤波电容。

PCBA模块背面设有电流检测芯片,整流二极管,半桥驱动器芯片和隔离驱动器芯片。左侧下方设有待机电源芯片,待机电源开关管和整流管,左侧靠近输出端设有电流取样电阻和输出控制管。

拆解全部完成后可以看到,这款电源的PCBA由多块小板焊接组成,在CRPS标准尺寸内塞进了两路LLC变压器、同步整流电路和完整的控制小板,两颗STM32F334R8T6分别位于长条控制小板的PFC控制与LLC控制位置。

意法半导体STM32F334R8T6

这颗用于PFC升压级的控制器来自意法半导体,型号STM32F334R8T6,属STM32F3系列主流混合信号微控制器,采用LQFP64封装。

STM32F334R8T6基于Arm Cortex-M4 32位内核,最高主频72MHz,工作电压范围为2.0至3.6V;片内集成64KB闪存和12KB带硬件奇偶校验的SRAM,另有4KB运行加速用SRAM挂载在指令与数据总线上;

通信接口覆盖CAN、SPI、I2C和USART,支持死区插入、5路故障输入和10路外部事件输入,并原生支持LLC、移相全桥、Buck、Boost等拓扑。

在PFC升压级中,这颗芯片通过HRTIM1输出高分辨率PWM驱动PFC开关管,同时对母线电压和输入电流进行采样,让电流波形跟随输入电压变化,从而把功率因数做高;

在LLC谐振级中,另一颗STM32F334R8T6负责输出互补的PWM信号驱动两颗LLC开关管,并根据输出反馈调整开关频率,使电路始终工作在谐振点附近,实现原边开关管的零电压开通。

在芯片案例看来,STM32F334R8T6在这款2200W钛金牌电源中的作用,是把过去需要专用模拟控制器加外围比较器电路完成的环路调节和保护逻辑,收进了单颗MCU内部。5Msps的ADC保证了电压电流采样足够快,217ps的HRTIM让PWM的占空比和频率调节足够细,片内比较器则可以在过流发生的瞬间直接关断PWM输出,不必绕行软件中断。

对于一台需要7×24小时连续运行、并且要向服务器上报状态的CRPS电源来说,两颗芯片各管一级、分工明确的数字控制方案,比堆叠外围模拟器件更容易保证长期一致性,这也正是数字电源控制器在大功率服务器电源中持续替代传统方案的原因。

芯片案例总结

高斯宝在这款2200W钛金牌服务器电源中一次使用了两颗意法半导体STM32F334R8T6,一颗负责PFC升压级的控制,一颗负责LLC谐振级的控制。这颗芯片具备72MHz主频、64KB闪存、5Msps 12位ADC以及217ps分辨率的高分辨率定时器,支撑起整机钛金牌能效和PMBus通信。

在芯片案例看来,STM32F334R8T6在这里并不是简单替代模拟控制器,而是针对服务器电源长期高负载、负载变化频繁以及需要状态上报等特点做出的选择。用两颗芯片分头负责两级变换,既让每一级的控制环路保持独立和清晰,也让整机在效率和可靠性上都留有余量。