Cewki indukcyjne TLVR z podwójnym uzwojeniem firmy Pulse do zasilania wysokowydajnych aplikacji, od 100nH do 180nH

Pulse stale poszerza ofertę cewek indukcyjnych stosowanych do zasilania procesorów, pamięci, układów FPGA i ASIC w serwerach, centrach danych i systemach pamięci masowej. Najnowsza seria produktów Pulse PAL6373 jest specjalnie zaprojektowana do użytku z topologią trans-induktorowego regulatora napięcia (TLVR), wykorzystując w pełni zautomatyzowaną produkcję w dużej skali, aby zapewnić jakość, niezawodność i opłacalność. Topologia TLVR umożliwia szybszą reakcję na stany przejściowe i wykorzystuje cewkę indukcyjną z dwoma uzwojeniami.

Tradycyjnie aplikacje te wykorzystywały cewkę indukcyjną z pojedynczym uzwojeniem stosowaną w wielofazowej topologii buck, która umożliwia dystrybucję prądów przez równoległe „ścieżki” lub fazy. Pracując każdą fazą w sposób schodkowy, tętnienia prądów w każdej fazie mają tendencję do znoszenia się na wyjściu, a ogólny prąd tętnienia obserwowany przy obciążeniu jest znacznie mniejszy niż tętnienie w każdej fazie. Takie podejście pozwala na zastosowanie mniejszych indukcyjności (zwykle rzędu 50-300 nH) i może pozwolić projektantom na kompromis między szybkością reakcji przetwornicy na zmianę prądu obciążenia (odpowiedź przejściowa) a stabilnością pętli sterowania. Dostosowując liczbę faz zastosowanych w przetwornicy, projektant ma swobodę optymalizacji obwodu pod kątem konkretnego zastosowania.

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

Aby złagodzić te problemy i jeszcze bardziej ulepszyć wydajność napędu, opracowano regulator napięcia oparty na „trans-induktorze” w ogólnodostępnej domenie technicznej. Transinduktor jest bardzo podobny do tradycyjnego jednoobrotowego induktora VR, ale ma dodatkowe drugie, ściśle sprzężone uzwojenie. Główny „pierwotny” niski DCR jest używany w taki sam sposób, jak w tradycyjnym induktorze VR, mającym wejście PWM z kilkoma fazami zasilającymi pojedyncze wyjście. Każdy pojedynczy zwój „drugorzędny” jest powiązany w pętli szeregowej odnoszącej się do lokalnej masy. Kiedy w danej fazie występuje skok obciążenia, wynikający z tego wzrost lub spadek cyklu pracy jest odbijany na uzwojeniu wtórnym, a ponieważ uzwojenia wtórne każdej fazy są w pętli szeregowej, wszyscy natychmiast „widzą” tę zmianę. Dzięki sprzężeniu magnetycznemu ta „wyczuwana” zmiana jest odzwierciedlana w każdym uzwojeniu pierwotnym cewki indukcyjnej. W efekcie pozwala to wszystkim fazom na jednoczesną reakcję na przejściowe obciążenie, znacznie skracając czas potrzebny na dostosowanie przetwornicy.

Dodatkowo w obwód przekształtnika wprowadzono dławik kompensacyjny. Typowe jest, że ten induktor jest podobny w konstrukcji do tradycyjnego induktora VR. Cewka kompensacyjna istnieje, aby dać inżynierom projektantom możliwość regulacji całkowitej indukcyjności w pętli wtórnej, pozwalając na swobodę regulacji stabilności przetwornicy. Ze względu na sprzężony z prądem przemiennym charakter obwodu wtórnego, cewka kompensacyjna prawie nie widzi prądu stałego, co minimalizuje wpływ DCR. Jednak cewka indukcyjna podlega superpozycji prądu tętniącego każdej fazy. W praktyce oznacza to, że dla przetwornicy 4-fazowej przełączającej się z częstotliwością 1 MHz, cewka kompensacyjna zobaczy odbity prąd tętnienia o częstotliwości 4 MHz. Przy takich częstotliwościach należy zachować ostrożność, aby zminimalizować straty uzwojenia prądu przemiennego, a także zapewnić wybór odpowiedniego materiału rdzenia o wysokiej częstotliwości i niskich stratach.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Pulse Electronics w Polsce. Zapraszamy do zapoznania się załączoną dokumentacją cewek indukcyjnych PAL6373 oraz do kontaktu z naszym działem handlowym.