在計算機伺服器的設計中，密度已經成為一個至關重要的因素。摩爾定律使得將多個高效能的核心放在一個系統晶片(SoC)裝置和支援邏輯上成為可能。高密度現場可程式設計門陣列(fpga)為應用加速和整合提供了進一步的可能性。

　　結果是在系統內的每個邏輯板上部署多個高效能的SoC元件，以提供巨大的計算潛力。然而，推動更高整合的過程技術的變化對伺服器內部的電力分配產生了連鎖反應。

　　處理器和FPGA設計團隊已經將核心邏輯的供應電壓降低到1伏特或更少，因為使用更高的電壓會導致高速電晶體受損。1.8 V到3v範圍內的電壓僅用於記憶體和外圍裝置的I/O。這導致了目前需要向處理器和fpga交付更高的當前水平的情況，而不是10年前的情況。這一趨勢排除了傳統的權力轉換架構的使用。高電流需求通常指的是使用更大的被動元件來處理高負荷和應力。然而，這些較大的元件與

　　一種趨勢是開關頻率的增加，以減少峰值電流的需求，這有助於保持無源元件的大小，如電容器的最小值，儘管需要謹慎的設計技術以減少開關損耗的影響。

　　今天，構建伺服器最有效的方法是使用分散式power體系結構，其中一個或多個前端psu向一箇中間的樹和點負載(POL) DC/DC轉換器提供電流。分佈電壓高於處理器和fpga所需的電壓，以最大限度地減少電纜損耗。要做的一個關鍵決定是分配電壓需要設定的級別。

　　將POL電源電壓降低到1v或更少，使得轉換器設計人員需要處理大量的輸入/輸出比率，即使使用的是常用的12 V的分佈電壓。支援整個機架低損失,製造商正在考慮兩級轉換,使用高電壓24 V等36 V甚至48 V常用於電信開關,轉換到12 V或5 V在黑板上,最後的POL V轉換器提供低於所需的核心邏輯。然而，通過支援更大的比例，一些面向極性的產品可以支援更高的中間電壓，而不需要二次轉換階段。

　　單一和兩階段選擇的影象。

　　圖1:中間功率分佈的單、兩階段選擇。

　　由Vicor公司製造的Picor PI33XX coolpower buck調節器系列採用高效能的零電壓轉換(ZVS)拓撲結構，提供高達98%的電力效率。ZVS拓撲的使用使高頻操作能夠最小化與傳統的buck調節器相關的開關損耗，這些調節器使用了硬切換拓撲。PI33XX系列的高開關頻率也降低了外部過濾元件的尺寸，提高了功率密度，同時使快速的動態響應和負載瞬變。PI33XX buck調節器可以轉換輸入電源，從8 V到36 V，輸出電壓從1 V到16 V，輸出電流為10 A，功率可達120 W。

　　PI33XX系列產品與控制電路、功率半導體和支援元件在10 x 1 x 2.56 mm系統中高度整合(SiP)。通過使用單線電流共享而無需額外的元件，可以進一步提高功率輸出。PI33XX系列的buck調節器只需要一個外部電感和最小的陶瓷電容器來輸入和輸出過濾，從而形成一個完整的高效能調節器。不需要頻率補償、引數設定或增量外部元件。寬工作溫度範圍為-40°C到125°C可以用於幾乎任何環境。

　　Picor coolpower影象(單擊全尺寸)

　　圖2:像Picor coolpower這樣的裝置演示了高度整合。

　　為了在一個最小的輸出電容的小包裝上提供高效率，國際整流器的Gen3 SupIRBuck家庭採用了一個專有的調製器方案，當需要高頻和高頻寬的操作來提供良好的瞬態響應時，可以進行抖動和無噪聲的操作。如12 A IR3894這樣的產品可以將輸入電壓從1伏到21伏，並輸出1 V的輸出，下降到0.5 V，以支援最新的soc。開關頻率可程式設計，從300 kHz到1.5 MHz的高靈活性。IR3894被包裝在一個低配置的5 x 6毫米QFN。就像家庭中的其他產品一樣，低姿態和良好的熱效能允許使用沒有散熱片，這意味著裝置可以安裝在PCB的背面，為處理器和支援邏輯提供更多的空間。對於SupIRBuck家庭成員來說，IR要求在PCB空間中節省20%的空間，相比於其他的整合解決方案和60%的離散解決方案。

　　適用於5 V或12 V中間，來自Altera的Enpirion EN2392QI是用於高密度fpga的一系列電力轉換器之一。Enpirion架構使用高速MOSFET技術支援一個兆赫轉換頻率。EN2392QI整合控制器、功率場效電晶體、補償網路和電感器在一個11毫米x 10毫米包,總解決方案面積235平方毫米包括一旦外部元件,並提供了一個效率超過90%在寬負載範圍——從3超過8。

　　在開關損耗開始控制變頻器的總功率損耗之前，開關頻率能增加多少是有限制的。在臨界頻率之外，效率將開始下降。多相或多相拓撲提供瞭解決這個問題的方法。在這種架構中，轉換器將電路分為兩個或多個階段。每個階段負責提供負載所需總功率的一小部分。新增階段使得在不減少實際切換週期的情況下實現高頻操作的承諾成為可能。有效的工作頻率是有效的基本開關頻率乘以相的數量。整體效果是改善瞬態響應和減少紋波，而不引起更高的基頻執行問題。

　　通過將轉換器(與Picor coolpower裝置)連線在一起，可以使用多相操作來提高高切換速度的總功率水平。一個多相位相容裝置的例子是線性技術LTM4630，一個雙輸出獨立的非隔離開關模式DC/DC電源。它可以提供兩個18的輸出，相對較少的外部輸入和輸出電容和設定元件。

　　該模組提供精確調節的輸出電壓，可通過外部電阻從0.6 VDC到1.8 VDC，超過4.5 V到15 V輸入電壓，將其與使用兩級中間匯流排結構的伺服器設計相結合。LTM4630具有雙整合的恆頻電流模式調節器和內建功率MOSFET器件，在500khz頻率範圍內進行優化。

　　通過在裝置之間連線多個引腳，並將一個相位控制引腳連線到不同的級別上，在六個裝置上最多可以進行12個階段的級聯，以便在彼此之間同時執行。由於伺服器處理器通常會降低工作負載，在這些條件下，可以通過使用控制腳的可選擇的突發模式操作或脈衝跳過操作來實現高效率。

　　線性技術LTM4630的影象。

　　圖3:使用線性技術LTM4630的四相配置。

　　通過專注於先進的控制和新穎的SIP技術，電源轉換器設計人員正在幫助增加計算機伺服器的密度，並使更多的效能被壓縮到一個小的空間中，而不會犧牲效率。進一步改進MOSFET技術和控制演算法可能會看到進一步的效率和熱的改進。