TLVR 使用雙線圈功率電感克服多相元件的限制

半導體處理器能夠支援高效能系統處理人工智慧、大數據與 IoT 應用，帶動全球蓬勃發展。處理器電晶體越來越小、電源供應器電壓越來越低，為產品設計人員帶來電源電路配置的難題，但使用跨電感型穩壓器 (TLVR) 能使這些難題迎刃而解。

半導體製造商在 CPU、GPU 和 FPGA 處理器中不斷納入更多先進技術，屢創佳績。電流消耗和整體用電量不斷升高，電源供應器電壓不斷降低，但低電壓電源供應器的電壓波動容差極小。電子元件製造商 TDK 指出，如果核心電壓的準確度需達到 ±3%，則當電壓為 1 V 時，波動需嚴格控制在 ±30 mV 之內。

具有多相負荷穩壓能力的多相穩壓器，能管理突發的高電流負載，但必須以高頻率運作，才能在較短的回應時間內切換相位。由於資料中心的需求，超出現有多相穩壓器配置的限制，伺服器電源供應器設計人員曾需打造能以此類高頻率運作的電路。

多相 TLVR 電路配置的相關描述最早出現於 2019 年，這種配置迅速獲得採用，為低電壓、高電流的應用處理高速負載波動。TLVR 回應速度快，並將功率損耗降到最低。TLVR 還能降低輸出電容值，以縮減系統成本及覆蓋區。

為多個電感同時供應電流

在 TLVR 電路中，每個相位開關都連接至帶有附加二次繞組的電感，並且每個電感於串聯迴路中連接補償電感。為了顧及電流需求突然升高的問題，該電路能從所有電感同時供應電流，而不會顯著降低電源供應器電壓。

TDK 的 VLBUC 系列雙線圈功率電感專為搭配 TLVR 而設計，以改善穩壓器負載回應表現，而且符合 VR14 世代伺服器的穩壓器規格，在多變的電流需求下可靠運作。

該公司的 VLBUC12060120R15LF3 (圖 1)，是雙線繞式鐵氧體線圈功率電感的系列產品，這種電感能處理大電流。這款產品具備低損耗，因為其採用自行研發的電極結構、獨特的磁性材質、高飽和度磁通量密度，並針對高頻切換進行最佳化。此電感能確保兩線圈之間的耐受電壓為 100 VDC。

圖 1：TDK 為 TVLR 推出的 VLBUC12060120R10LF3 雙線圈功率電感示意圖。如需確切規格，請參閱產品規格書。(圖片來源：TDK)

VLBUC12060120 系列的尺寸為 12 mm x 6 mm，高度為 12 mm，各版本的主線圈電感值範圍介於 70 nH 至 200 nH，飽和電流介於 58 A 至 155 A。工作溫度範圍介於 -40 °C 至 +125 °C。

TDK 利用電路模擬器比較了 8 相多相穩壓器和 TLVR 之間負載突然改變時的輸出電壓變化。多相穩壓器的負載電壓波動為 ±0.3 V (相對於 1.8 V)，其假設切換頻率為 800 kHz，從 12 V 轉換為 1.8 V，並針對 240 A → 360 A → 240 A 的負載變化，以 1,850 μF 作為輸出濾波電容值。相比之下，TLVR 的輸出波動小於 ±0.1 V，大幅縮短穩壓所需的時間。此外，輸出濾波電容值可降到大約 230 μF (原值的八分之一左右)。

結論

資料中心和雲端服務對高效率伺服器電源管理的需求，超過了傳統多相穩壓器的負載回應能力。在 TLVR 電路中利用 TDK 的 VLBUC 系列雙線圈功率電感，產品設計人員能為日益密集的處理器克服高頻率的難題，確保伺服器電源管理達到所需的可靠性，可靠處理現今吃重的資料驅動型應用。