淺談電源TLVR在Intel VR14 Server的應用

關鍵字 :TLVRonsemi電源


緣由

數據中心採用強大的 ASIC,例如 CPU、GPU、機器學習加速器、 消耗大量電流的網絡交換機、服務器等,例如,高達千安培,並在其功率需求中迅速變化。 多相電壓調節器 (VR) 傳統上用於為此類負載供電。 為了跟上不斷增加的安培數和 負載帶寬、不斷的增加VR 的相數及其輸出電容。 這些都在一定程度上改善了傳統VR的瞬態響應; 然而,由於其較大的輸出阻抗,去耦電容(多層陶瓷或聚合物類型)和去耦電容的距離負載,傳統 VR 正在達到性能極限,例如,根據瞬態響應和電流源能力。

其他改進傳統 VR 的技術,例如提高開關頻率和或減少電感量,雖然改善了瞬態響應,但是付出效率較低的代價。耦合電感技術具有相對較低的漏電感,因此相對較快瞬態響應。 但是它包含太多跨應用程序的庫存單元,並且也很難製造。


TLVR

Trans Inductor Voltage Regulator

意即利用耦合電感次級繞組串聯調諧電感來增加耦合電流,進而快速增加暫態電流響應速度


TLVR Topology: Trans Inductor VR

標準的每相電感被高耦合的 1:1 變壓器電感取代係數(Kps~= 1).



Single-secondary TLVR

Transinductor 是一種變壓器,其輸出電感為被認為是變壓器的次級繞組,其中一個單獨的初級繞組緊密耦合到次級與可忽略不計的漏感。

初級(外)繞組承載每相電流。 DCR 是與標準電感器相當。

次級(內部)繞組串聯連接,並且電耦合所有相。 這些繞組不承載直流電流。

補償電感 Lc 用於設置有效所有相位之間的耦合(涉及瞬態性能), 其中所有初級繞組都連接在一個串聯迴路中 附加補償電感Lc,並正確接地。



TLVR Transient Step-Up Behavior

在瞬態負載階躍期間,Lc兩端的電壓增加,這反過來又增加了Lc電感電流。 通過Lc的電流耦合到每相的次級繞組。 所有階段增加在此期間相同的耦合電流。 結果是穩壓器提供更多瞬態電流以幫助降低輸出電容器的放電,得到更快的瞬態響應和更好的電壓下降控制。

注意:過快的瞬態響應會使輸出電壓的回鈴過大




TLVR Transient Step-Down Behavior

在瞬態負載釋放期間,Lc兩端的電壓降低,這反過來又降低了Lc電感電流。 通過Lc的電流耦合到每相的次級繞組。 所有階段在此期間增加相同的耦合電流。 結果是調節器提供更多以幫助減少輸出電容的放電,導致更快的瞬態響應和更好的電壓過衝控制。


電源元件的考慮


後言

TLVR的特性使電流的暫態響應更好,更能應付新一代功耗越來越大的伺服器,雖然dI/dt增加會使各種元件損失增加,但比起來使用較高電感值會使整體效率增加更好 ,輸出電容的數量也可以減少。

                                                                                           
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