含有NCL結構的新型耦合電感可用來針對有著極低輸出電壓，以及嚴苛負載瞬態規格的應用優化效能。此種分立電感也符合汽車設計對於低高度的要求。此方面選用NCL結構的目的，是盡可能降低漏電，並實現相較於傳統分立電感選項高出4倍瞬態/漣波性能的效益。 ADAS與其他高電流應用在汽車領域廣泛發展，相關GPU與ASIC的算力也隨之大幅增加。使電壓調節器在處理嚴苛負載時，臨額外的效能壓力，因為不僅電流增加，瞬態幅度也變得更大且更快。 與此同時，開發人員對汽車系統的效率的期待也持續攀升。而負載電壓亦降低至1V以下，以達到更好的熱管理。同時汽車系統透過採用先進的半導體製程，達到更高的時脈。低負載電壓會成比例地減緩卸載負載的瞬態變化，進而導致旁路電容大幅提升，電壓容差與瞬態規格也會限縮。 高電流、低電壓的應用通常會採用多相降壓轉換器拓撲來調降電壓。這種多相降壓元件能運用傳統分立式電感(DL)，如圖1a所示，或耦合電感(CL)，如圖1b所示。在耦合電感方面，線圈繞組會進行磁耦合，進而提供抵銷電流漣波的效益[1–6]。 圖1　多相降壓轉換器，包含(a)分立電感以及(b)耦合電感 汽車ADAS應用所面臨的挑戰之一，是GPU或ASIC的供電線路必須維持在0.4...

含有NCL結構的新型耦合電感可用來針對有著極低輸出電壓，以及嚴苛負載瞬態規格的應用優化效能。此種分立電感也符合汽車設計對於低高度的要求。此方面選用NCL結構的目的，是盡可能降低漏電，並實現相較於傳統分立電感選項高出4倍瞬態/漣波性能的效益。 CL設計與考量 (承前文)本段提及的應用使用的規格為：輸入電壓VIN＝5V，輸出電壓VOUT＝0.8V，切換頻率FS＝2.1MHz，相位數NPH＝8。一開始使用DL＝32...

在資料中心與通訊應用中48V是常用的配電規格，現已有許多不同解決方案能將48V降壓至中間電壓。其中最簡單的方法是採用降壓電路拓撲，其能提供高效能，但通常會有功率密度不足的缺點。運用耦合電感來升級多相降壓元件能大幅提升功率密度，不僅達到其他頂尖替代方案的水準，還能維持可觀的效能優勢。多相耦合電感在繞組之間會有逆向耦合，在每個相位電流上產生抵銷電流漣波的效應。此項優點可以拿來和效率、縮減尺寸、改進功率密度等因素一起做權衡評估。本文所介紹的實例除了能將磁性元件的體積與重量減少四倍，還能以1/8的產業標準模組建構出1.2kW的解決方案，達到的峰值效率超過98%。本文另外還闡述如何運用耦合電感的品質因數(FOM)來優化48V拓撲，對於專注研究DC-to-DC轉換領域的工程師將會有所裨益。 48V降壓基本架構 48V輸電軌通常會降壓至中間電壓，一般都是12V或是更低，之後由不同的近負載端穩壓器直接向各負載輸送各種不同的電壓。要將48V穩壓器降壓至12V，其中一個優先選項是考慮採用多相降壓轉換器，如圖1所示。此種解決方案有調節後電壓VO以及快速瞬態現象，在建置上簡單且不昂貴。然而，由於高效率通常被列為優先要務，因此48V轉換器的切換頻率通常比採用12V或甚至5V輸入電壓的應用來得低，如此才能壓低切換損耗。若以電壓乘以秒數的電壓積分來計算，對磁性元件造成的傷害等於兩倍，因為施加電壓已經過一段相當長的時間。因此，48V的磁性元件體積通常相當大，並有多圈繞組以承受相對於較低電壓應用明顯提高的電壓積分。48V降壓轉換器仍能達到高效率，但通常整體尺寸會明顯加大，其中電感會占去大部分的體積。 圖1　四相位的降壓轉換器具有多個分立電感 基本的48V至12V~1kW降壓轉換器有四個相位，配置6.8μH的分立電感，切換頻率為200kHz。這四個電感是最大與最高的元件，占去解決方案大部分的體積。本文的目標是維持或改進這個初始設計的效率，同時大幅縮減磁性元件的尺寸。 傳統降壓器每個相位的電流漣波可以公式1算出，其中工作週期D=VO/VIN，VO為輸出電壓，VIN為輸入電壓，L是電感值，FS是切換頻率。 這裡將分立式電感(DL)取代成耦合電感，其具有漏感Lk與互感Lm，CL(耦合電感)中的電流漣波如公式2所示。品質因數FOM如公式3所示，其中的Nph是耦合相位的數量，ρ為耦合係數(公式4)，j是運行係數，其定義了工作週期的應用區間(公式5)。 CL考量因素 改良的第一步是繪製Nph=4以及耦合係數Lm/Lk為數個特定合理值時的FOM圖，如圖2所示。紅線Lm/Lk=0代表分立式電感FOM=1的基線。其顯示了極低漏磁的凹口結構CL(NCL)通常會達到極高的Lm/Lk，因此會有較高的FOM值。然而，關注的工作週期如果落在第一個凹口D=12V/48V=0.25時最為理想，但仍有必要考量一定的VIN與VO範圍。有時額定VIN可以是48V或54V外加一些容限，VO可調整為不同於12V的值。如果工作週期在D=0.25附近變動，為了控制電流漣波，可以選擇具有明顯漏感應的CL設計，不應選擇NCL，而仍能維持明顯的FOM值。假設Lm/Lk>4，相較於DL基線，根據圖2的FOM，減少CL的電感值可獲得約六倍的效益。減少儲能會直接影響磁性元件所需的體積，將DL=6.8μH值減少到CL=1.1μH應有助於縮小元件尺寸。 圖2　一個似相位CL在不同Lm/Lk比值下與工作週期D呈現的函數關係。圖中特別標註出關注區域 圖3顯示相對應的電流漣波，包含基線設計DL=6.8μH，以及在VIN=48V與FS=200kHz的條件下四相位CL=4×1.1μH(Lm=4.9μH)。在關注區域中，CL的電流漣波接近或小於DL的電流漣波。表示所有電路波形的rms均方根值都相近，因此導通損耗也相近。在相同FS出現的相同漣波表示相同的切換損耗、以及閘極驅動損耗等，代表兩種解決方案的效率相當接近(假設DL與CL電感損耗的貢獻相近，唯一的差異只有此方面)。 圖3　DL=6.8μH與CL=4×1.1Μh的電流漣波，在VIN=48V而FS=200kHz的情況下，其與VO電壓呈現的函數關係。圖中特別標記點關注區域 圖4顯示設計的CL=4×1.1μH，取代四個DL=6.8μH電感。每個DL是28mm×28mm×16mm，假設各自相隔0.5mm：四相位CL尺寸為56.5mm×18mm×12.6mm，讓磁性元件體積縮減四倍。圖5顯示完整的1.2kW48V至12V穩壓解決方案，單片印刷電路板上的多個元件置入到1/4-brick規格的電源模組。CL尺寸與底面積特別設計成能將兩個CL元件置入業界標準的1/4-brick電源模組。將所有約1mm的元件(包括FET、控制晶片、陶瓷電容等)置於電路板底側，讓1.2kW解決方案能採用1/8-brick規格的電源模組。   圖4...

Maxim宣布推出MAX16602用於AI處理器核心供電的雙輸出穩壓電源和MAX20790智慧電源級IC，幫助高效能、大功率人工智慧(AI)系統開發人員實現最高效率(降低能耗成本、減少發熱)和最小方案...

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