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追踪输电网络中的损耗

发表于
2024 年 1 月 22 日

毫欧连接过高

负载、集成电路 (IC) 以及相邻的电源输出 (PoL) 都会产生严重的功耗。由于我们的峰值电流超过 1000 A,连接电阻必须非常低,以避免出现无法接受的电压降和显著的额外功率损耗。如果将 PoL 放置在 PCB 上靠近负载的位置,即使使用粗走线(这些走线本身就会阻挡数据线),连接电阻也可能接近毫欧级。在我们 1000 A 的电流消耗下,这将导致连接处出现 1 V 的压降和 1 kW 的峰值功耗,这是完全无法接受的。.

另一个问题是连接电感——最新的服务器应用,例如用于人工智能的机器学习,往往具有很高的峰值负载需求,GPU 电流消耗会快速波动。例如,如果在 1 毫秒内出现 100 安培的电流阶跃,则只需大约 100 纳亨的电感即可引起 10 毫伏的电压阶跃。这个电感值仅相当于几厘米的跟踪行程。.

为了获得最佳性能,目标是使最终的 PoL 转换器尽可能靠近负载,而实现这一点的最佳方法是采用 Flex 功率模块所倡导的‘垂直功率传输’(VPD)方案。在这种方案中,定制的 PoL 安装在 PCB 的底部,直接位于负载 IC 下方,其引脚排列与目标 IC 的焊球排列相匹配,从而实现最短的连接。这样,连接电阻可以低至 10 µΩ 左右,电感低至几 nH,从而产生可接受的电压波动和功耗。.

应对 0% 效率

PoL 设计人员努力将转换效率提升到接近 100% 的水平,但由于 VPD 的存在,DC/DC 转换器现在紧邻效率仅为 0%(电效率)的负载——所有输入功率(可能高达半千瓦)都会在芯片内转化为热量。因此,散热成为一项重要的考虑因素,DC/DC 转换器必须与 IC 的冷却系统集成,通常采用‘直接芯片’(D2C)方案,并使用带有液冷剂的冷板式热交换器。.

增加胜算

高性能计算中的电源系统设计不必冒险;垂直供电等 DC/DC 转换架构的新方法,以及 Flex 电源模块的密切技术支持和指导,使得优化的解决方案成为可能。.