电源解决方案更密集的服务器

密度已成为计算机服务器的设计的一个重要因素。摩尔定律已经使人们有可能将多个高性能内核到一个单一的系统级芯片(SoC)器件以及支持逻辑。高密度的现场可编程门阵列(FPGA)提供了进一步的可能性应用加速和集成。

其结果是部署在每个逻辑板系统内，提供强大的计算潜能多个高性能SoC组件。然而，推动更高的集成度的变化，工艺技术产生了连锁反应对服务器中的配电影响。

处理器和FPGA设计团队已减少的电源电压低至1V或以下的核心逻辑由于采用较高的电压将导致损坏的高速晶体管。在1.8 V至3 V电压范围仅用于I / O存储器和外设。这已经导致需要更高的电流水平需要被传递到处理器和FPGA相比是的情况下的十年前的情况。这种趋势是排除了使用传统电源转换架构。高电流的需求通常会指向使用能够处理高负荷和压力较大的无源元件。然而，这样的大部件逆潮流致密服务器，减少的用于电源转换电路可用的PCB空间的量。其结果，电力转换器适合于服务器的制造商已经改变了他们的设计方法。

一个趋势是增加的开关频率，以降低峰值电流需求，这有助于保持无源元件的尺寸如电容器到最小，尽管需要仔细的设计技术，以减少开关损耗的影响。

今天，以建立一个服务器的最有效的方法是采用分布式电源结构，其中一个或多个前端的PSU电源电流的中间和点的负载(POL)树的DC / DC转换器。配电电压比，以尽量减少损失的电缆所要求的处理器和FPGA更高。须制备的关键的决定是配电电压需要被设置在该水平。

POL电源电压为1伏或更小的减少已经导致需要变换器设计者处理大的输入/输出比率，甚至具有12 V.为了支持整个机架下部损失常用配电电压，制造商正在寻求在两个阶段的转化率，使用高电压如24伏，36伏或甚至是48伏中常用的电信交换机，转换至12伏或5伏在板上，与最后的POL变换器提供所述子1 V所需要的核心逻辑。然而，通过支持更大的比例，一些POL为导向的产品可支持更高的中间电压，无需二次转化阶段。

单，双级选择图片

图1：单和两阶段选择中间功率分布。

该Picor PI33XX冷电源降压稳压器系列以Vicor的制作采用了高性能的零电压开关(ZVS)拓扑结构提供电源效率高达98%。使用ZVS拓扑使得能够最小化与使用硬开关拓扑常规降压调节器相关联的开关损耗高频动作。在PI33XX系列的高开关频率也降低了外部滤波元件的尺寸，提高功率密度，同时实现快速的动态响应线路和负载瞬变。该PI33XX降压型稳压器可以将输入电压范围为8 V至36 V的输出电压从1 V至16 V和输出电流高达10A的功率输送高达120 W.

在PI33XX系列产品高度和控制电路，功率半导体和支持组件在一个10×1×2.56毫米系统级封装(SiP)集成。电力输送可以进一步提高使用单线电流共享无需额外的元件交织多达六个PI33XX降压调节器。该PI33XX系列降压稳压器只需要一个外部电感和最小的陶瓷电容，输入和输出滤波，形成一个完整的高性能的稳压器。没有频率补偿，参数设置或增加外部元件。 -40°C至125°C的宽工作温度范围内允许使用在几乎任何环境。

Picor冷电源的图像(点击查看全尺寸)

图2：设备，如Picor酷功耗表现出高集成度。

为客户提供高效率的小型封装的最小输出电容，在第3代SupIRBuck系列的国际整流器采用专有调制器方案可实现在高频和高带宽的操作需要提供良好的瞬态jitter-和无噪音运行反应。产品如12一IR3894可以输入电压少则1 V至21 V和提供低于1 V的输出，下降到0.5 V时，支持最新的SoC。开关频率可在300kHz到1.5MHz的高灵活性的所有道路。的IR3894打包在一个低轮廓5×6毫米的QFN。像其他产品在家庭，低轮廓和良好的热性能，从而允许使用未经散热器装置，该装置可安装在印刷电路板的背面，为处理器和支持逻辑上的前侧更多的空间。对于SupIRBuck系列整体的成员相比，相比分立式解决方案替代集成解决方案和60%，红外声称可节约20%的空间的PCB空间方面。

适于与5伏或12伏中间使用时，Enpirion的EN2392QI从Altera公司是一系列用于与高密度FPGA使用功率转换器中的一个。该Enpirion公司架构采用高速MOSFET技术支持兆赫开关频率。该EN2392QI集成了控制器，功率MOSFET，补偿网络和电感在11毫米×10毫米封装，为235平方毫米的整体解决方案领域，一旦外部元件都包括在内，并提供了超过在宽负载范围内90%的效率 - 从3 A到超过8 A.

可以有限制的开关频率可以在多大程度上提高之前，开关损耗将成为转换器的整体功率损耗。除了一个临界频率，效率将开始下降。多相或多相拓扑提供解决此问题的方法。在这个架构中，转换器分离电路分成两个或多个阶段。各相是负责提供所需的负载的总功率的一小部分。加入相使得可以兑现的高频动作的承诺而不降低实际开关周期。有效的工作频率是有效的基本开关频率乘以相数。总的效果是改善瞬态响应和切割波纹，而不会产生运行的问题在较高基频。

由配线一起转换器，与Picor冷功率器件，它有可能使用多相工作以提高整体的功率水平在高开关速度。多相兼容装置的一个例子是所述的凌力尔特LTM4630，双输出的独立非隔离开关模式DC / DC电源。它可以提供两个18 A输出相对较少的外部输入和输出电容和安装组件。

该模块提供精确调节输出电压通过外部电阻从0.6伏到1.8伏超过4.5 V至15 V输入电压可编程的，它的适合于使用两阶段中间总线架构的服务器设计。该LTM4630具有双集成恒定频率电流模式稳压器和优化在500 kHz的频率范围内切换内置功率MOSFET器件。

通过连接多个销装置之间和编程的相位控制引脚不同水平的每个，最多十二个阶段跨越六个器件可以级联到相对于彼此同时运行。由于服务器处理器往往会掉电轻负荷，高效率可与可选的突发模式操作或脉冲跳跃操作使用控制引脚这些条件下实现的。

凌力尔特LTM4630图片

图3：采用凌力尔特LTM4630四相配置。

通过集中先进的控制和新颖的SIP技术，功率变换器设计者正在帮助增加计算机服务器的密度，并允许更多的性能被包装成一个小的空间，而不牺牲效率。在MOSFET技术和控制算法的进一步改善可能会看到进一步的效率和散热的改进。