【导读】跟着48 V架构的呈现，1/4砖电源成为数据中央运用中的一个要害构成部门。电源必需于效率及瞬态相应方面体现精彩，同时仍连结1/4砖的尺寸规格。于严酷的尺寸限定下，基在混淆转换器的1/4砖电源可以或许同时满意高效率及瞬态相应的要求，并提供高达2 kW的输出功率。4相混淆转换器集成为了一个双2相耦合电感，于降压部门利用2:1的降压比，从而显著降低了电流纹波，进一步晋升了机能。参考设计于48 V输入下的峰值效率为98.59%，于54 V输入下的满载效率为97.68%。 弁言 跟着处置惩罚器焦点的机能晋升，加之数据中央愈来愈多地利用人工智能(AI)芯片，下一代计较机对于电力的需求远超以往，并且需要连结形状尺寸稳定，以确保迁徙事情的前期成本最小化。为此，亟需机能更好但尺寸稳定的电源来为下一代芯片提供所需的电力。是以，利用尺度化的1/4砖电源对于体系设计十分有益。1/4砖电源具备开箱即用的特征，而且差别供给商的产物可以或许彼此兼容，是以利用这类电源可以降低体系设计的繁杂性。 然而，并不是所有1/4砖电源的拓扑及机能都不异，是以工程师应按照详细要求审慎选择。采用1/4砖电源举行设计时，工程师需要思量的一些要害参数包括：事情输入电压、输出电压调治、峰值效率、满载效率、瞬态机能、热机能、可扩大性等。 本文将先容采用4相混淆转换器LTC7822设计的分立式1/4砖电源和其机能，并切磋怎样以高效率满意更高的输出功率需求。 数据与成果 如下测试成果包括启动时的丈量数据、稳态机能丈量数据、事情机能波形及温度丈量数据。下列配置采用1/4砖参考设计和其体系板举行了测试。体系板配有热插拔电路。 1/4砖电源的事情设置 输入电压：40 V至60 V 输出电压：12 V 输出负载：0 A至166.67 A 开关频率：150 kHz 机能数据 效率与功率损耗 1/4砖参考设计采用双2相混淆转换器LTC7822，可以实现负载分配，降低每一相电流，从而削减导通损耗，成为高功率、高降压比运用的抱负选择。LTC7822混淆转换器揭示出优秀的效率，有用削减了功率损耗，进而降低了散热需求。 于48 V及54 V输入前提下，测试了这类1/4砖电源的效率，效率曲线如图1所示。输入电压较低时，因为电压降幅较低，是以峰值效率更高。然而，当输出功率提高时，因为输入电流增年夜，效率会逐渐降落。而于54 V下，峰值效率较低，但满载效率更高。 图1.ADI的1/4砖设计于48 V及54 V下的效率和功率损耗曲线 于1/4砖PCB面积上，转换器于48 V、800 W时到达约98.59%的峰值效率，满载效率为97.33%。对于在54 V运用，转换器于1000 W时到达98.45%的峰值效率，满载效率为97.68%。 采用的同步整流技能削减了二极管导通损耗，进一步优化了效率。节制器经由过程利用高质量、低等效串联电阻(ESR)的输入及输出电容器，再共同适量选择的耦合电感，有用降低了要害元件的损耗。精心遴选的元件及全面的设计考量，使总体功率损耗患上以降低，混淆转换器是以成为降压型运用的高效解决方案。 此外，混淆转换器的开关频率可以矫捷调解，设计职员可以按照详细运用要求，于效率及开关损耗之间找到均衡点。再联合适量的结构设计、有用的热治理及节制环路参数的优化，就能打造出靠得住高效的电源。总之，LTC7822依附双相架构、同步整流及矫捷性脱颖而出，于浩繁降压转换器运用中都能揭示出优秀的效率及更低的功率损耗。 瞬态相应：扩大供电功率 LTC7822混淆转换器很是合适用来满意中间总线运用的动态供电需求。立异的4相架构可以或许有用分配负载，降低负载不测变化的影响。从而晋升了节制器的能力，可以或许快速有用地顺应功率需求变化，确保于瞬态事务时期输出电压连结恒定。双2相的交错操作撑持对于突发负载颠簸做出快速相应，于需要快速调解电源的环境下至关主要。 LTC7822可以或许于有限的时间内提供扩大功率，以撑持突发负载需求，同时输出电压连结不变。咱们对于这个额定功率2 kW的设计举行了测试。图2所示为以1.5倍扩大功率供电50 ms的景象，图3所示为以1.8倍扩大功率供电500 µs的景象。 图2.2 kW扩大到3 kW阶跃负载，连续50 ms 图3.2 kW扩大到3.6 kW阶跃负载，连续500 µs 经由过程调解2型赔偿，可以进一步优化混淆转换器的瞬态相应，实现周详调治及输出电压误差的最小化。 图4.48 VIN、满载(POUT = 2 kW)下的1/4砖电源热机能 热机能 这类参考设计的热机能对于在总体机能的阐扬至关主要。适量的热治理可以或许确保器件靠得住运行，避免过热，从而防止机能降低及电子元件寿命缩短。图4所示为于没有利用散热器及底板的环境下的热特征。 为了加强混淆转换器的热机能，可以采用高效的散热器，确保热量有用披发，同时包管器件周围空气畅通顺畅。数据手册凡是会提供有关怎样适量设计散热器的建议，包括热阻及最年夜答应结温等具体信息。设计职员可以遵照这些引导原则，避免要害器件（节制器、FET）的温度跨越限值，确保体系靠得住连续地运行。此外，混淆转换器可能具备过温掩护等特征，以掩护器件免受过热问题的影响。这类掩护机制可以于温渡过高的环境下主动封闭节制器或者降低输出功率，避免器件及周围元件受损。 启动相应 混淆节制用具备可控的启动相应，包管运行的靠得住性及不变性。它采用两段式软启动：飞跨电容预充电阶段及输出软启动阶段。如许可以使用主电源的低输入打击电流为飞跨电容充电，而输出电压也会于初始上电时期逐渐上升。这类设计防止了飞跨电容的打击电流及电压过冲，加强了体系的靠得住性，并掩护下流元件免受毁坏。节制器还有具有妨碍监测机制，可以或许检测启动时期的异样环境，触发适量的相应来防止潜于问题。图5显示了于开启降压部门以前怎样对于飞跨电容举行预充电。 图5.混淆转换器于空载前提下启动 于启动历程中，混淆转换器审慎地慢慢提高输出电压，确保平稳过渡到事情模式。对于在电压的骤变可能会对于所毗连元件造成影响的运用而言，这类受控启动方式至关主要。节制器可以或许处置惩罚各类环境下的启动历程，撑持广泛的输入电压及负载场景。ADI公司的1/4砖参考设计还有集成为了热插拔节制器LTC4287，以确保输入电压平稳起落。 图6.1/4砖电源于空载前提下启动 输出纹波 输出纹波是指电源输出电压的颠簸或者变化。为了实现低输出纹波，节制器采用了交错双相架构，并联合了耦合电感，开关相位之间略微错相，从而有用降低了输出电压纹波，使患上输出电压更洁净、更不变。拜见图7。 混淆转换器的输出纹波机能受多种因素影响，包括输入及输出电容器的质量、电感的选择和总体的结构设计。经由过程采用高质量、低ESR的电容器并选择适量的电感，设计职员可以进一步降低输出纹波。数据手册凡是会提供有关怎样选择适合的电容器以优化输出纹波机能的指南及建议。于要求包管低输出电压纹波的运用中，多相设计及特征有助在维持平稳且精准调治的输出，对于在需要不变电压以确保正常运行的敏感电子元件或者体系特别有益。 图7.输入电压纹波及输出电压纹波 输入及输出电压的纹波数据也依靠在丈量设置，建议于近来的陶瓷电容器处利用短探头来收罗稳态下的真实纹波机能。 结论 1/4砖电源是精简的高机能电源解决方案，合适多种运用。此类电源以紧凑的设计、高能效及精彩的靠得住性而著名，拥有优胜的功率密度、精准的电压调治能力及进步前辈的掩护特征，是浩繁行业不成或者缺的主要器件。 ADI公司最新的混淆转换器LTC7822于为数据中央供电方面具备显著上风，不仅效率高、机能稳健，并且具有进步前辈的节制特征。它可以或许优化供电、加强靠得住性并降低运行成本，于是成为数据中央实现高效、靠得住电源治理的抱负之选。 参考文献 Christian Cruz，“48 V技能的魅力：体系级运用中的主要性、上风与要害要素”，模仿对于话，第58卷，2024年7月。 Bruce Haug，“72 V混淆式DC-DC转换器使中间总线转换器的尺寸减小达50%”，《模仿对于话》，第52卷，2018年2月。 Alexandr Ikiriannikov、Laszlo Lipcsei，“年夜幅提高48 V至12 V调治第一级的效率”，ADI公司，2023年10月。 “The Benefits of the Coupled Inductor Technology”，Maxim Integrated，2015年3月。 作者简介 Karl Audison Cabas自2020年9月起担当ADI公司的运用工程师，专注在电源运用方面的事情。他拥有菲律宾理工年夜学电子工程学士学位及玛布亚年夜学电力电子硕士学位。他于DC-DC电源转换器方面拥有4年多的经验。他以前的职责是处置惩罚客户问询以和与DC-DC转换器相干的设计问题。他今朝担当云及数据中央运用的电源体系运用工程师。 Ralph Clarenz Matociños卒业在菲律宾马尼拉Pamantasan ng Lungsod ng Maynila (PLM)，获电子工程学士学位。他于电力电子范畴拥有一年多的工程经验，包括电池治理体系开发及DC-DC电源转换。他在2022年插手ADI，今朝担当云及数据中央运用的电源体系运用工程师。 Christian Cruz是ADI菲律宾公司的资深运用开发工程师。他拥有菲律宾马尼拉东方年夜学的电子工程学士学位。他于模仿及数字设计、固件设计及电力电子范畴拥有跨越12年的工程经验，包括电源治理IC开发以和AC-DC及DC-DC电源转换。他在2020年插手ADI公司，今朝卖力撑持基在云的计较及体系通讯运用的电源治理需求。 
