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Flex Power Modules presenta soluciones de energía digital de alta densidad para centros de datos de IA en electronica 2024
Requisitos de energía para CPU y GPU en centros de datos modernos Los consumos de energía han aumentado drásticamente recientemente, especialmente con las nuevas aplicaciones intensivas de IA que se ejecutan. Por ejemplo, se prevé una disipación de dispositivo de más de 2 kW con una corriente pico de 1000 A+ para las GPU más recientes, como la Nvidia GB200. Al mismo tiempo, la corriente consumida por los circuitos integrados fluctúa rápidamente entre el estado inactivo y la potencia máxima a medida que los procesos aumentan y disminuyen la velocidad.
Los reductores multifásicos son la solución práctica para alta potencia.
Los reguladores Buck, que normalmente se alimentan a 12 V, se utilizan para generar la línea de alimentación para los circuitos integrados, que ahora es de alrededor de 0,6 V. En los niveles de potencia, las técnicas multifásicas intercaladas son esenciales. Dividen la disipación del regulador entre varias etapas de potencia, lo que tiene el efecto secundario beneficioso de cancelar la corriente de ondulación de salida.
Esto, a su vez, reduce la tensión de ondulación de salida para tamaños de condensadores determinados y una menor disipación en las ESR de los condensadores. Para lograr mayores ganancias de eficiencia, los inductores en el reductor multifásico se pueden acoplar entre sí como una estructura magnética. Esto introduce de manera efectiva la cancelación de la corriente de ondulación dentro de los inductores, interruptores y trazas de PCB, lo que da como resultado una menor disipación y tamaños de componentes potencialmente más pequeños.
Sin embargo, existen desventajas: el grado de cancelación depende del ciclo de trabajo. Además, aunque la corriente de rizado tiene un valor RMS más bajo, tiene un componente alto a una frecuencia de N x F, donde F es la frecuencia de conmutación de fase y N es el número de fases. Esto puede aumentar las pérdidas del núcleo y, potencialmente, del condensador. En la práctica, el enfoque del inductor acoplado multifásico se utiliza a menudo para reducir la frecuencia de conmutación para una corriente de rizado aceptable, reduciendo así las pérdidas dinámicas de conmutación. Alternativamente, la frecuencia se puede mantener alta, pero los valores del inductor se pueden reducir para una corriente de rizado aceptable, lo que conduce a una respuesta transitoria de carga más rápida y una corriente de saturación del inductor más alta para el mismo tamaño de núcleo. Por ejemplo, con cuatro fases acopladas, el tamaño magnético se puede reducir aproximadamente 4 veces, y la velocidad de variación de la corriente del inductor con transitorios de carga puede ser aproximadamente 6 veces mejor, con una excursión de voltaje correspondientemente menor. Sin embargo, con un mayor número de fases intercaladas, una sola estructura magnética se vuelve imprácticamente compleja. Por lo tanto, el acoplamiento a veces se divide en grupos de fases más pequeños, lo que da como resultado una menor ventaja general.
La próxima innovación: el TLVR
Otro enfoque reciente para mejorar aún más el rendimiento de la carga transitoria ha sido el regulador de voltaje transinductor, o TLVR.
En el TLVR se utilizan inductores discretos, cada uno de ellos típicamente con un devanado secundario 1:1. Todos estos devanados están conectados en serie, con sus extremos puestos a tierra a través de un inductor Lc, que incluye un componente discreto y la suma de todas las inductancias de fuga de los transformadores. Los transformadores funcionan como convertidores de tensión, por lo que la corriente en el secundario está determinada por la carga (el inductor de compensación Lc) y el ciclo de trabajo. En ciclos de trabajo específicos, los voltajes reflejados se cancelan, específicamente cuando D=1/N para un convertidor N-fase. Cuando se produce un transitorio de carga y la salida comienza a caer, el control de retroalimentación aumenta la duración del pulso (ciclo de trabajo) de la fase que conduce en ese momento. Debido a la acción del transformador, el secundario del transformador asociado experimenta un pulso de tensión T más largo, lo que aumenta la corriente pico del secundario de acuerdo con I=ET/Lc.
Esta corriente, sin embargo, fluye a través de todos los secundarios del transformador y refleja el mismo aumento de corriente en cada uno de los primarios. Los primarios están en paralelo, por lo que la corriente suministrada a la salida es el valor acoplado multiplicado por el número de fases, lo que amplifica efectivamente la corriente aumentada de la fase conductora por N. Este efecto proporciona un mayor suministro de corriente en un tiempo determinado, es decir, mayor di/dt, lo que conduce a una reacción más rápida a las cargas transitorias con menos sobreimpulsos y subimpulsos de tensión.
