【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(dòng)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(mǎn)足負載要求，同時(shí)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成本。
隨著(zhù)云計算、智能手機的普及和5G的發(fā)展，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸的數據量不斷增加，數據中心的信息處理需求也在激增，以便通過(guò)使用大數據、物聯(lián)網(wǎng)和其他數據來(lái)支持人工智能等技術(shù)的發(fā)展和數字化轉型 (DX)。
為順應這種市場(chǎng)趨勢，CPU、GPU和FPGA等半導體處理器在制造工藝技術(shù)方面取得重大發(fā)展，并且越來(lái)越傾向于微型化，從而使得單位面積上集成的柵極數量不斷增加，工作頻率不斷提高，信息處理能力顯著(zhù)增強。在處理器能力提升的驅動(dòng)下，服務(wù)器電源電路也取得了重大進(jìn)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，使得功耗持續增加。而低電壓和大電流的趨勢帶來(lái)的問(wèn)題之一是對快速負載波動(dòng)的響應。隨著(zhù)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(shí)的公差必須控制在±30mV。對于服務(wù)器專(zhuān)用電源，即使在超過(guò)1000A的大電流負載驟變的驅動(dòng)條件下，輸出電壓也必須盡可能保持穩定。
【服務(wù)器電源電路】
低電壓大電流趨勢一直持續發(fā)展，在此之前通常采用高頻化和多相位化來(lái)應對。對于多相VR，僅通過(guò)一個(gè)相位的占空比控制不足以應對大電流負載波動(dòng)，需要對多個(gè)相位進(jìn)行占空比控制。但相位間的切換需要時(shí)間，因此需要進(jìn)一步提高切換頻率來(lái)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(huì )極大地增加開(kāi)關(guān)元件的損耗，因此很難通過(guò)提高現有電路配置的多相VR的頻率來(lái)達到服務(wù)器電源追求高能效的要求。此外，通過(guò)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(dòng)，但這會(huì )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(dòng)的主流電路配置。在這種電路配置中，每個(gè)相位開(kāi)關(guān)連接到一個(gè)帶額外繞組的電感器上，然后將每個(gè)相位的繞組和補償電感器串聯(lián)成回路，以便同時(shí)為每個(gè)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(mǎn)足負載要求，同時(shí)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(shí)，為維持輸出電壓，會(huì )增加當時(shí)開(kāi)啟的相的占空比，從而增加輸出電流。通過(guò)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(guò)增加后續相的占空比來(lái)滿(mǎn)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(shí)間過(guò)長(cháng)，輸出電流的回轉率較低，無(wú)法充分應對快速變化的負載。另一方面，在TLVR中，與每個(gè)相位開(kāi)關(guān)相連的電感器上都增加了額外的繞組，每個(gè)電感器中的額外繞組又與補償電感器串聯(lián)成回路。
通過(guò)這種電路配置，在電流需求突然大幅增加的情況下，此時(shí)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(shí)刻提供電流。因此，即使在電流負載發(fā)生較大變化時(shí)，也能實(shí)現較高的負載瞬態(tài)響應，而且電源電壓幾乎不會(huì )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(gè)相位的VR和TLVR在負載突然變化時(shí)輸出電壓的變化。下圖是假設在800kHz開(kāi)關(guān)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(shí)，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(dòng)為±0.3V。另一方面，TLVR的輸出波動(dòng)小于±0.1V，電壓穩定所需的時(shí)間大幅縮短。若將負載波動(dòng)期間的允許電壓波動(dòng)設定為 ±0.3V，則使用TLVR電路配置時(shí)，輸出平滑電容值可減少到230μF，幾乎為原先的八分之一，電壓穩定所需的時(shí)間也能大幅縮短。
我們提供有針對TLVR電路配置進(jìn)行了優(yōu)化的雙線(xiàn)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(xiàn)圈功率電感器，具有高飽和磁通密度、針對高頻開(kāi)關(guān)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化的磁性材料和獨特的電極結構等特點(diǎn)，實(shí)現了低損耗。兩個(gè)線(xiàn)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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