金年金字招牌2024-助力未来创新—第3部分：2kW 1/4砖模块参考设计

【导读】跟着对于人工智能(AI)、呆板进修(ML)和云运用的依靠日趋加深，市场对于紧凑、高效且靠得住的电源转换解决方案孕育发生了史无前例的需求。本文将先容一款面向传统数据中央48V中间总线转换的1/4砖DC‑DC转换器参考设计，其机能优在现有市售方案。这款参考设计于尺度封装尺寸内采用了ADI分立器件方案，可提供极具竞争力且可扩大的解决方案，以满意高机能运用（包括超年夜范围计较与工业体系）不停增加的需求。

弁言

1/4砖模块(QBM)参考设计是一款基在ADI公司1/4砖(QB)体系架构的高机能DC‑DC转换器。它采用全新系列耦合电感，满意严酷的漫衍式电源开放尺度同盟(DOSA)尺寸要求，并于尺度封装尺寸(CFP)内实现2kW持续功率输出。借助该设计方案，QBM解决方案降低了传统硬开关转换器的累积损耗，晋升了事情效率，为高要求运用提供了高靠得住性方案。

经由过程使用ADI最新的48V/54V转12V中间总线转换(IBC)技能，该参考设计简化了体系繁杂度，助力客户缩短研发周期。本文提供的完备测试数据注解，该设计方案于转换效率、热机能与可扩大性方面均实现了较着的晋升，合适作为面向传统高功耗数据中央情况的新一代电源模块。此外，该架构可满意当前IBC运用需求，并为将来采用400V～800V总线电压的高压体系提供兼容路径。

QBM设计

如图1所示，QBM参考设计采用业界通用的DOSA尺度机械引脚摆列，确保无缝集成到现有体系主板中。以单模块方式事情时，引脚摆列可简化为仅包罗PMBus®旌旗灯号。具体引脚配置如表1所示。

表1：ADI 1/4砖模块参考设计引脚配置

图1：QBM参考引脚配置

该参考设计采用平顶底板，可有用为电源转换器FET举行散热，如图2所示。该底板颠末优化设计，可实现精彩的热治理，搭配现成的1/4砖散热器利用时，可以或许撑持更永劫间的功率输出。

图2：配备平顶底板与现成扩大散热器的QBM

用户可经由过程ADI专有且易用的LTpowerPlay®软件，共同DC1613适配器，对于QBM参考设计举行参数配置。该东西撑持用户设置典型事情参数，界说妨碍触发阈值和对于应相应动作，并记载事情周期，以实现周全的监测与节制。图3展示了QBM于LTpowerPlay中的用户界面。

图3：用在调解各项参数的LTpowerPlay配置GUI

电气机能

本节重点先容要害电气机能指标，彰显ADI QBM参考设计相较在市道上现有QBM的机能上风。此中最要害的参数为效率和相干功率损耗。为实现精准评估，效率丈量于端子前端举行，确保仅评估DC‑DC转换器自己机能。该要领可帮忙工程师设计定制化端子，进一步优化总体体系。图4展示了输入电压48V至60V事情前提下的效率曲线。

图4：输入电压48VIN至60VIN时的QBM效率曲线

这款QBM颠末精心设计，可实现精彩的效率，满载时效率跨越97%，峰值效率可达98%。这类机能可显著降低功率损耗、优化热治理，最年夜水平地削减数据中央运行历程中的散热需求。此外，该设计针对于50V事情电压优化，很是合适作为将来高压(HV)数据中央架构的抱负下流转换器，包括采用16:1转换比的800V体系。

热机能

热机能是高功率密度解决方案的要害指标。从技能上看，该转换器可撑持较年夜功率输出，但终极会遭到限制体积内热设计功耗的约束。该QBM参考设计证实，纵然于空间受限的情况中，它仍可输出额定功率，且不会触发过热关断。

图5：情况温度25°C、输入48VIN时的热成像图

图6：情况温度25°C、输入54VIN时的热成像图

图5及图6别离是48V及54V事情前提下的热成像图。成果显示，于未加装扩大散热器的平顶底板外貌，温度漫衍匀称，热门与其他区域温差极小。这注解要害器件结构合理，铜层设计高效，从而最年夜限度降低热量集中，确保体系于无热限定的环境下靠得住事情。

妨碍相应

该QBM参考设计集成为了LTC2971作为电源治理节制器，切合PMBus 1级规范。该节制器可监控电压、电流及温度等要害参数，并履行响应的妨碍相应。用户可配置模块，使其于特定妨碍前提下锁存或者重试，从而兼具矫捷性与完美的体系掩护能力。

图7：QBM到达OTP程度后关断5秒

图8：LTpowerPlay曲线显示QBM到达OTP程度后当即关断

图7展示了过温掩护(OTP)测试。QBM配置为于75°C时关断，触发后恢复时间为5秒。图8中的LTpowerPlay曲线一样注解，QBM温度到达75℃时便会关断。

这可经由过程LTpowerPlay图形用户界面(GUI)举行配置。现实运用中，QBM可配置为耐受最高90℃，以后才会触发OTP动作。

并联运行

QBM参考设计的另外一项要害特征是撑持并联运行，以满意更高功率需求。该方案撑持至多9个模块并联，限定仅来自图9所示的LTC2971寻址方案。

图9：QBM中采用的LTC2971寻址方案

于此次评估中，气流标的目的为从图中右边流向左边。测试装配还有于未安装底板的前提下举行评估，以阐发模块内部各功率级的热门漫衍，如图10所示。

图10：两个QBM模块并联运行的测试装配

模块之间的电流掉配度是权衡并联运行机能的重要指标。图11显示了两个模块于总功率4kW工况下的读数。电流掉配度越低，均流效果越好。这一点也十分主要，可以确保各模块于不异的热前提下运行，最年夜限度地阐扬两个模块的功率输来由理能力。图12展示了该测试装配下的电流掉配机能。

图11：两个QBM模块于4kW工况下运行，电流差为4A

图12：差别负载前提下两个模块的电流差曲线

图13所示的热成像图展示了两个QBM模块于无底板前提下以4kW功率运行的状况。总体热机能漫衍趋向一致，各对于应区域之间的温度差为个位数。

基在上述要害机能指标，ADI QBM参考设计为需要于CFP封装内实现高功率IBC运用、寻求顶级机能的客户，提供了一套简便、稳健且极具竞争力的解决方案。

图13：两个QBM模块并联运行时的热成像图

结语

遭到AI与呆板进修快速成长的影响，传统数据中央于满意日趋增加的高机能计较需求方面，面对着愈发严重的挑战。当前，直流供电架构正慢慢于体系层面采用更高功率密度的解决方案，经由过程利用48V及54V总线电压，比拟传统12V体系可显著降低功率损耗。于此转型历程中，中间总线转换器(IBC)是要害器件，特别是1/4砖电源。这种紧凑高效的DC‑DC转换器于将高压直流输入转换为处置惩罚器和外围体系所需的低压供电方面，阐扬着至关主要的作用。

面临AI的迅猛成长，48V/54V架构可否连续满意市场日趋爬升的功率需求？敬请相识ADI为直面这一挑战而开发的最新解决方案。