【導讀】考慮到上述諸多情況，TLVR 是目前應對低電壓大電流應用中快速負載波動的主流電路配置。這種TLVR能使半導體處理器獲得較高的瞬態(tài)響應性能，滿足負載要求，同時降低電源損耗，而且可保持較小的輸出電容值，從而減少安裝面積和系統(tǒng)成本。
隨著云計算、智能手機的普及和5G的發(fā)展，通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量不斷增加，數(shù)據(jù)中心的信息處理需求也在激增，以便通過使用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和其他數(shù)據(jù)來支持人工智能等技術的發(fā)展和數(shù)字化轉型 (DX)。
為順應這種市場趨勢，CPU、GPU和FPGA等半導體處理器在制造工藝技術方面取得重大發(fā)展，并且越來越傾向于微型化，從而使得單位面積上集成的柵極數(shù)量不斷增加，工作頻率不斷提高，信息處理能力顯著增強。在處理器能力提升的驅動下，服務器電源電路也取得了重大進展。
半導體處理器的微型化導致了電源電壓的降低，但消耗的電流不降反升，使得功耗持續(xù)增加。而低電壓和大電流的趨勢帶來的問題之一是對快速負載波動的響應。隨著電壓降低，電壓的容許公差變得非常小。比如，為了避免處理器的誤操作，若以±3％的精度提供磁芯電壓，則電壓為1V時的公差必須控制在±30mV。對于服務器專用電源，即使在超過1000A的大電流負載驟變的驅動條件下，輸出電壓也必須盡可能保持穩(wěn)定。
【服務器電源電路】
低電壓大電流趨勢一直持續(xù)發(fā)展，在此之前通常采用高頻化和多相位化來應對。對于多相VR，僅通過一個相位的占空比控制不足以應對大電流負載波動，需要對多個相位進行占空比控制。但相位間的切換需要時間，因此需要進一步提高切換頻率來加快響應速度。
雖然提高頻率對改善負載響應有很大的作用，但同樣會極大地增加開關元件的損耗，因此很難通過提高現(xiàn)有電路配置的多相VR的頻率來達到服務器電源追求高能效的要求。此外，通過使用大容量外部電容器可在一定程度上抑制大電流應用的電壓波動，但這會增加安裝面積和電容器成本。
考慮到上述諸多情況，TLVR (Trans-Inductor Voltage Regulators) 是目前應對低電壓大電流應用中快速負載波動的主流電路配置。在這種電路配置中，每個相位開關連接到一個帶額外繞組的電感器上，然后將每個相位的繞組和補償電感器串聯(lián)成回路，以便同時為每個相位提供電流。這種TLVR能使半導體處理器獲得較高的瞬態(tài)響應性能，滿足負載要求，同時降低電源損耗，而且可保持較小的輸出電容值，從而減少安裝面積和系統(tǒng)成本。
下圖解釋了TLVR的運行機制。當多相VR中的電流需求突然增加時，為維持輸出電壓，會增加當時開啟的相的占空比，從而增加輸出電流。通過增加特定相的占空比可增加該相的輸出電流，但如果發(fā)生大電流負載變化，電流值將不夠用，輸出電流的增加將通過增加后續(xù)相的占空比來滿足。
【多相和TLVR電路配置的比較（6相）】
在這種情況下，確保所需電流需求所需的時間過長，輸出電流的回轉率較低，無法充分應對快速變化的負載。另一方面，在TLVR中，與每個相位開關相連的電感器上都增加了額外的繞組，每個電感器中的額外繞組又與補償電感器串聯(lián)成回路。
通過這種電路配置，在電流需求突然大幅增加的情況下，此時接通的相位的占空比將擴大，從而增加輸出電流，并與其他未接通的電感器協(xié)同工作，使所有電感器都能在同一時刻提供電流。因此，即使在電流負載發(fā)生較大變化時，也能實現(xiàn)較高的負載瞬態(tài)響應，而且電源電壓幾乎不會降低。TLVR方法不僅能快速供應電流，還能有效減少輸出電容，是目前的主流電路配置。
我們在有限條件下，使用電路模擬器作為比較案例，比較了8個相位的VR和TLVR在負載突然變化時輸出電壓的變化。下圖是假設在800kHz開關頻率下從12V轉換為1.8V，并且輸出平滑電容器的電容值為1850μF時，相對于240A→360A→240A負載變化的電壓變化的計算結果。
【負載響應電路仿真比較結果】
因此，相對于多相VR的1.8V電壓，負載電壓波動為±0.3V。另一方面，TLVR的輸出波動小于±0.1V，電壓穩(wěn)定所需的時間大幅縮短。若將負載波動期間的允許電壓波動設定為 ±0.3V，則使用TLVR電路配置時，輸出平滑電容值可減少到230μF，幾乎為原先的八分之一，電壓穩(wěn)定所需的時間也能大幅縮短。
我們提供有針對TLVR電路配置進行了優(yōu)化的雙線圈功率電感器VLBUC系列和Lc補償功率電感器VLBU6565100。
VLBUC12060120系列是一款支持大電流的雙線圈功率電感器，具有高飽和磁通密度、針對高頻開關專門優(yōu)化的磁性材料和獨特的電極結構等特點，實現(xiàn)了低損耗。兩個線圈之間的絕壓高達DC100V。
此外，VLBU6565100系列適用于Lc補償功率電感器，是一款適合高頻應用的低損耗元件。兩者的工作溫度范圍均為-40至+125°C。
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