電源解決方案更密集的服務(wù)器

密度已成為計(jì)算機(jī)服務(wù)器的設(shè)計(jì)的一個(gè)重要因素。摩爾定律已經(jīng)使人們有可能將多個(gè)高性能內(nèi)核到一個(gè)單一的系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)器件以及支持邏輯。高密度的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)提供了進(jìn)一步的可能性應(yīng)用加速和集成。

其結(jié)果是部署在每個(gè)邏輯板系統(tǒng)內(nèi)，提供強(qiáng)大的計(jì)算潛能多個(gè)高性能SoC組件。然而，推動(dòng)更高的集成度的變化，工藝技術(shù)產(chǎn)生了連鎖反應(yīng)對(duì)服務(wù)器中的配電影響。

處理器和FPGA設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)已減少的電源電壓低至1V或以下的核心邏輯由于采用較高的電壓將導(dǎo)致?lián)p壞的高速晶體管。在1.8 V至3 V電壓范圍僅用于I / O存儲(chǔ)器和外設(shè)。這已經(jīng)導(dǎo)致需要更高的電流水平需要被傳遞到處理器和FPGA相比是的情況下的十年前的情況。這種趨勢是排除了使用傳統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)。高電流的需求通常會(huì)指向使用能夠處理高負(fù)荷和壓力較大的無源元件。然而，這樣的大部件逆潮流致密服務(wù)器，減少的用于電源轉(zhuǎn)換電路可用的PCB空間的量。其結(jié)果，電力轉(zhuǎn)換器適合于服務(wù)器的制造商已經(jīng)改變了他們的設(shè)計(jì)方法。

一個(gè)趨勢是增加的開關(guān)頻率，以降低峰值電流需求，這有助于保持無源元件的尺寸如電容器到最小，盡管需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)技術(shù)，以減少開關(guān)損耗的影響。

今天，以建立一個(gè)服務(wù)器的最有效的方法是采用分布式電源結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)或多個(gè)前端的PSU電源電流的中間和點(diǎn)的負(fù)載(POL)樹的DC / DC轉(zhuǎn)換器。配電電壓比，以盡量減少損失的電纜所要求的處理器和FPGA更高。須制備的關(guān)鍵的決定是配電電壓需要被設(shè)置在該水平。

POL電源電壓為1伏或更小的減少已經(jīng)導(dǎo)致需要變換器設(shè)計(jì)者處理大的輸入/輸出比率，甚至具有12 V.為了支持整個(gè)機(jī)架下部損失常用配電電壓，制造商正在尋求在兩個(gè)階段的轉(zhuǎn)化率，使用高電壓如24伏，36伏或甚至是48伏中常用的電信交換機(jī)，轉(zhuǎn)換至12伏或5伏在板上，與最后的POL變換器提供所述子1 V所需要的核心邏輯。然而，通過支持更大的比例，一些POL為導(dǎo)向的產(chǎn)品可支持更高的中間電壓，無需二次轉(zhuǎn)化階段。

單，雙級(jí)選擇圖片

圖1：單和兩階段選擇中間功率分布。

該P(yáng)icor PI33XX冷電源降壓穩(wěn)壓器系列以Vicor的制作采用了高性能的零電壓開關(guān)(ZVS)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供電源效率高達(dá)98%。使用ZVS拓?fù)涫沟媚軌蜃钚』c使用硬開關(guān)拓?fù)涑Ｒ?guī)降壓調(diào)節(jié)器相關(guān)聯(lián)的開關(guān)損耗高頻動(dòng)作。在PI33XX系列的高開關(guān)頻率也降低了外部濾波元件的尺寸，提高功率密度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)線路和負(fù)載瞬變。該P(yáng)I33XX降壓型穩(wěn)壓器可以將輸入電壓范圍為8 V至36 V的輸出電壓從1 V至16 V和輸出電流高達(dá)10A的功率輸送高達(dá)120 W.

在PI33XX系列產(chǎn)品高度和控制電路，功率半導(dǎo)體和支持組件在一個(gè)10×1×2.56毫米系統(tǒng)級(jí)封裝(SiP)集成。電力輸送可以進(jìn)一步提高使用單線電流共享無需額外的元件交織多達(dá)六個(gè)PI33XX降壓調(diào)節(jié)器。該P(yáng)I33XX系列降壓穩(wěn)壓器只需要一個(gè)外部電感和最小的陶瓷電容，輸入和輸出濾波，形成一個(gè)完整的高性能的穩(wěn)壓器。沒有頻率補(bǔ)償，參數(shù)設(shè)置或增加外部元件。 -40°C至125°C的寬工作溫度范圍內(nèi)允許使用在幾乎任何環(huán)境。

Picor冷電源的圖像(點(diǎn)擊查看全尺寸)

圖2：設(shè)備，如Picor酷功耗表現(xiàn)出高集成度。

為客戶提供高效率的小型封裝的最小輸出電容，在第3代SupIRBuck系列的國際整流器采用專有調(diào)制器方案可實(shí)現(xiàn)在高頻和高帶寬的操作需要提供良好的瞬態(tài)jitter-和無噪音運(yùn)行反應(yīng)。產(chǎn)品如12一IR3894可以輸入電壓少則1 V至21 V和提供低于1 V的輸出，下降到0.5 V時(shí)，支持最新的SoC。開關(guān)頻率可在300kHz到1.5MHz的高靈活性的所有道路。的IR3894打包在一個(gè)低輪廓5×6毫米的QFN。像其他產(chǎn)品在家庭，低輪廓和良好的熱性能，從而允許使用未經(jīng)散熱器裝置，該裝置可安裝在印刷電路板的背面，為處理器和支持邏輯上的前側(cè)更多的空間。對(duì)于SupIRBuck系列整體的成員相比，相比分立式解決方案替代集成解決方案和60%，紅外聲稱可節(jié)約20%的空間的PCB空間方面。

適于與5伏或12伏中間使用時(shí)，Enpirion的EN2392QI從Altera公司是一系列用于與高密度FPGA使用功率轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)。該Enpirion公司架構(gòu)采用高速M(fèi)OSFET技術(shù)支持兆赫開關(guān)頻率。該EN2392QI集成了控制器，功率MOSFET，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)和電感在11毫米×10毫米封裝，為235平方毫米的整體解決方案領(lǐng)域，一旦外部元件都包括在內(nèi)，并提供了超過在寬負(fù)載范圍內(nèi)90%的效率 - 從3 A到超過8 A.

可以有限制的開關(guān)頻率可以在多大程度上提高之前，開關(guān)損耗將成為轉(zhuǎn)換器的整體功率損耗。除了一個(gè)臨界頻率，效率將開始下降。多相或多相拓?fù)涮峁┙鉀Q此問題的方法。在這個(gè)架構(gòu)中，轉(zhuǎn)換器分離電路分成兩個(gè)或多個(gè)階段。各相是負(fù)責(zé)提供所需的負(fù)載的總功率的一小部分。加入相使得可以兌現(xiàn)的高頻動(dòng)作的承諾而不降低實(shí)際開關(guān)周期。有效的工作頻率是有效的基本開關(guān)頻率乘以相數(shù)?？偟男Ч歉纳扑矐B(tài)響應(yīng)和切割波紋，而不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)行的問題在較高基頻。

由配線一起轉(zhuǎn)換器，與Picor冷功率器件，它有可能使用多相工作以提高整體的功率水平在高開關(guān)速度。多相兼容裝置的一個(gè)例子是所述的凌力爾特LTM4630，雙輸出的獨(dú)立非隔離開關(guān)模式DC / DC電源。它可以提供兩個(gè)18 A輸出相對(duì)較少的外部輸入和輸出電容和安裝組件。

該模塊提供精確調(diào)節(jié)輸出電壓通過外部電阻從0.6伏到1.8伏超過4.5 V至15 V輸入電壓可編程的，它的適合于使用兩階段中間總線架構(gòu)的服務(wù)器設(shè)計(jì)。該LTM4630具有雙集成恒定頻率電流模式穩(wěn)壓器和優(yōu)化在500 kHz的頻率范圍內(nèi)切換內(nèi)置功率MOSFET器件。

通過連接多個(gè)銷裝置之間和編程的相位控制引腳不同水平的每個(gè)，最多十二個(gè)階段跨越六個(gè)器件可以級(jí)聯(lián)到相對(duì)于彼此同時(shí)運(yùn)行。由于服務(wù)器處理器往往會(huì)掉電輕負(fù)荷，高效率可與可選的突發(fā)模式操作或脈沖跳躍操作使用控制引腳這些條件下實(shí)現(xiàn)的。

凌力爾特LTM4630圖片

圖3：采用凌力爾特LTM4630四相配置。

通過集中先進(jìn)的控制和新穎的SIP技術(shù)，功率變換器設(shè)計(jì)者正在幫助增加計(jì)算機(jī)服務(wù)器的密度，并允許更多的性能被包裝成一個(gè)小的空間，而不犧牲效率。在MOSFET技術(shù)和控制算法的進(jìn)一步改善可能會(huì)看到進(jìn)一步的效率和散熱的改進(jìn)。