Transindukcyjne cewki oraz kompensacyjne induktory firmy Pulse zaprojektowane do użytku z topologią transindukcyjnego regulatora napięcia (TLVR)

Firma Pulse stale poszerza ofertę cewek indukcyjnych używanych do zasilania procesorów, pamięci, układów FPGA i ASIC w serwerach, centrach danych i systemach pamięci masowej. Najnowsze produkty są specjalnie zaprojektowane do użytku z topologią transindukcyjnego regulatora napięcia (TLVR) i wykorzystują istniejącą zautomatyzowaną produkcję masową, aby zapewnić jakość, niezawodność i opłacalność. Topologia TLVR umożliwia szybszą odpowiedź przejściową i wykorzystuje cewkę indukcyjną z podwójnym uzwojeniem.

Tradycyjnie aplikacje te wykorzystywały cewkę indukcyjną z pojedynczym uzwojeniem stosowaną w wielofazowej topologii buck, która umożliwia rozprowadzanie prądów przez równoległe „ścieżki” lub fazy. Działając na każdej fazie w sposób rozłożony, prądy tętnienia w każdej fazie mają tendencję do znoszenia się na wyjściu, a ogólny prąd tętnienia widziany przy obciążeniu jest znacznie mniejszy niż tętnienie na każdej fazie. Takie podejście pozwala na stosowanie mniejszych indukcyjności (zwykle rzędu 50-300 nH) i może pozwolić inżynierom na kompromis między szybkością reakcji konwertera na zmianę prądu obciążenia (reakcją przejściową) a stabilnością pętli sterowania . Dostosowując liczbę faz wykorzystywanych w przetwornicy, projektant może elastycznie optymalizować obwód pod kątem konkretnego zastosowania.

Jednak ponieważ procesory i układy FPGA wymagają szybszych i większych prądów przejściowych, zastosowane regulatory napięcia muszą zwiększyć przepustowość, aby poprawić czas odpowiedzi. Zwykle odbywa się to poprzez zwiększenie liczby faz i/lub zmniejszenie wartości indukcyjności każdej fazy. Te rozwiązania powodują komplikacje w konstrukcji przetwornicy. Zwiększenie liczby faz wymaga mniejszej przestrzeni na fazę, co oznacza mniejszą „szerokość” dla stopni mocy i cewek indukcyjnych. W przypadku cewki indukcyjnej to ograniczenie przestrzeni tworzy „chude”, ale wysokie komponenty, które mogą stać się niestabilne mechanicznie, co ogranicza możliwość zmniejszenia szerokości cewki. Zmniejszenie wartości indukcyjności stosowanej na stopień mocy (która już wynosi poniżej 100 nH) powoduje wyższe prądy tętnienia na fazę, co skutkuje wyższymi stratami prądu przemiennego, a także komplikuje sterowanie przekształtnikiem. Należy zauważyć, że czas odpowiedzi przejściowej całego konwertera jest nieco ograniczony przez fakt, że każda faza zareaguje na krok zwiększając lub zmniejszając swój cykl pracy w sposób okrężny, pojedynczo.

W celu złagodzenia tych problemów i dalszej poprawy wydajności napędu opracowano regulator napięcia oparty na „Trans-Inductor” w domenie wspólnych ujawnień technicznych. Cewka trans jest bardzo podobna do tradycyjnej jednoobrotowej cewki VR, ale ma dodatkowe uzwojenie ciasno sprzężone. Główny „główny” DCR o niskim napięciu jest używany w taki sam sposób, jak w tradycyjnej cewce VR, z wejściem PWM z kilkoma fazami zasilającymi pojedyncze wyjście. Każdy pojedynczy obrót „wtórny” jest związany w pętli szeregowej w odniesieniu do lokalnego uziemienia. Gdy w danej fazie występuje krok obciążenia, wynikowy wzrost lub spadek cyklu pracy jest odzwierciedlany w uzwojeniu wtórnym, a ponieważ wtórne w każdej fazie są w pętli szeregowej, wszystkie „widzą” tę zmianę natychmiast. Poprzez sprzężenie magnetyczne ta „wyczuwana” zmiana jest odbijana na uzwojeniu pierwotnym każdej cewki. W efekcie umożliwia to równoczesną reakcję wszystkich faz na stany przejściowe obciążenia, co znacznie skraca czas potrzebny na dostosowanie się konwertera.

Dodatkowo w obwód przekształtnika wprowadzono wzbudnik kompensacyjny. Cechą charakterystyczną jest to, że cewka ta jest podobna w budowie do tradycyjnej cewki VR. Cewka kompensacyjna istnieje po to, aby dać inżynierom projektującym możliwość regulacji całkowitej indukcyjności w pętli wtórnej, pozwalając na swobodę regulacji stabilności konwertera. Ze względu na charakter obwodu wtórnego sprzężony z prądem przemiennym, cewka kompensacyjna prawie nie widzi prądu stałego, co minimalizuje wpływ DCR. Jednak cewka indukcyjna podlega superpozycji prądu tętnienia każdej fazy. W praktyce oznacza to, że dla 4-fazowego konwertera przełączającego z częstotliwością 1 MHz, cewka kompensacyjna będzie widzieć odbity prąd tętnienia o częstotliwości 4 MHz. Przy takich częstotliwościach należy zachować ostrożność, aby zminimalizować straty w uzwojeniu AC, a także zapewnić odpowiedni dobór materiału rdzenia o wysokiej częstotliwości i niskiej stratności.

Firma Pulse wypuszcza na rynek transindukcyjną cewkę PGL6215.XXXHLT i kompensacyjny induktor PGL6312.XXXHLT z planami wypuszczenia dodatkowych 5 rodzin w różnych rozmiarach.

PGL6215.XXXHLT jest dostarczany w obudowie 12x6x12 mm, z indukcyjnościami od 105nH do 200nH i prądami nasycenia od 125A do 60A.

PGL6312.XXXHLT jest dostępny w opakowaniu 6,5×6,5×10 mm, z indukcyjnością 120nH i prądem nasycenia 72A.

Firma Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań Pulse Electronics w Polsce. Zapraszamy do kontaktu z naszym działem handlowym.