在服務(wù)器、PC、通信等領(lǐng)域會(huì)用到高性能的CPU，比如Intel至強(qiáng)系列，AMD霄龍系列，還有龍芯3C系列等。這些CPU的核心供電無(wú)一例外都采用多相電源方案，原因之一是這些高性能CPU功耗需求較大，動(dòng)輒幾百W，單相供電無(wú)法滿足功率轉(zhuǎn)換需求，二是多相供電利用交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)，可以極大的提高輸出供電的性能，包括更快的瞬態(tài)響應(yīng)，更小的紋波電壓，以及更好的散熱條件等。
而近年來(lái)CPU功率需求成倍增長(zhǎng)，電流需求動(dòng)輒幾百安培甚至上千安，這就要求電源相數(shù)隨之增加，導(dǎo)致電源模塊所占面積也增加。但主板面積卻無(wú)法無(wú)限制的增大，特別是CPU周邊空間更加緊張，這就對(duì)多相電源的設(shè)計(jì)帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。而TLVR技術(shù)的出現(xiàn)使多相供電的性能得到了躍升，縮減電源模塊占板面積的同時(shí)還降低了整體BOM成本。下面我將對(duì)TLVR技術(shù)做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹與分享，和大家共同學(xué)習(xí)進(jìn)步。
（1） 技術(shù)起源
TLVR概念起初由谷歌在APEC會(huì)議中提出，全稱Trans-Inductor Voltage Regulator。該技術(shù)通過增加各相電感之間的耦合來(lái)改善傳統(tǒng)多相電源的性能，同時(shí)也避開了已有的一些耦合電感專利（通過增加額外的補(bǔ)償電感）。
（2） 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
采用TLVR技術(shù)的多相電源方案擁有比傳統(tǒng)多相電源更快的瞬態(tài)響應(yīng)，這一優(yōu)勢(shì)特別適合改善高性能CPU在大負(fù)載跳變時(shí)候帶來(lái)的電壓過沖。這樣，我們采用更低的開關(guān)頻率就可以達(dá)到與傳統(tǒng)多相電源同樣的瞬態(tài)響應(yīng)性能，而較低的開關(guān)頻率也能夠提高電源轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，還能夠節(jié)省大量7343封裝的聚合物電容，采用全MLCC設(shè)計(jì)，以期降低成本。所以綜合來(lái)看，TLVR技術(shù)非常有引入的必要，特別對(duì)一些高性能CPU的多相供電方案性能有明顯提升。
圖1.TLVR參考線路
（3） 電路結(jié)構(gòu)
上圖1是某電源廠商提供的TLVR參考設(shè)計(jì)。在電路組成上，傳統(tǒng)多相電源方案和TLVR方案區(qū)別不是很大，主要就是把輸出電感由單線圈的組合功率電感替換為4Pin雙線圈的耦合電感（T1-T3），其實(shí)類似一個(gè)變壓器的結(jié)構(gòu)，然后再在耦合路徑（變壓器初級(jí)線圈）額外增加一個(gè)補(bǔ)償電感Lc即可（用于調(diào)整電源響應(yīng)速度和穩(wěn)定性）。這樣的設(shè)計(jì)能夠增加電源系統(tǒng)響應(yīng)帶寬（加大穿越頻率），進(jìn)而極大的提高電源系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)速度。下圖2列出了兩種電感的示意圖，看到其最大區(qū)別就是Pin數(shù)的增加，但通過合理設(shè)計(jì)是可以做到co-Lay的（和已有傳統(tǒng)多相方案兼容）。
圖2.傳統(tǒng)電感和TLVR示意圖
（4） 等效電路和波形分析
如圖3所示，為TLVR電源方案的等效電路和對(duì)應(yīng)每一相通過的電流波形（穩(wěn)態(tài)下）。
圖3.TLVR電路等效原理圖和對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電流波形
左邊的等效電路中，ILm代表流過TLVR電感的大功率信號(hào)，VLc和ILc分別代表補(bǔ)償電感Lc上的電壓和通過的電流（AC小信號(hào)，小功率）。而中間部分則代表TLVR電感中1:1等效緊耦合的變壓器線圈。右邊是關(guān)鍵信號(hào)波形，包括PWM 、VLc、ILc以及ILm_x和IPhase_x，看到PWM信號(hào)波形與傳統(tǒng)多相電源PWM輸出沒有差別，均為錯(cuò)相輸出，補(bǔ)償電感Lc的電壓極性和PWM相反，電流ILc頻率為n倍開關(guān)頻率，均值為0，且幅度很?。ㄏ啾扔诠β孰娏鱅Lm）。TLVR電感的功率電流ILm_x等于傳統(tǒng)多相電源每相的輸出電流，而實(shí)際流過TLVR電感每一相的電流IPhase_x為ILm_x和ILc的疊加。
如圖4所示，為TLVR電源方案的等效電路和對(duì)應(yīng)每一相通過的電流波形（瞬態(tài)下）。
圖4.TLVR電路等效原理圖和對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)電流波形
右邊的等效電路中， VLc和ILc分別代表補(bǔ)償電感Lc上的電壓和通過的電流，看到中間1:1等效變壓器初級(jí)和次級(jí)線圈電流其實(shí)是反向的。左邊是關(guān)鍵信號(hào)波形，包括PWM、VLc、ILc和IPhase_x，瞬態(tài)負(fù)載條件下，PWM信號(hào)波形與傳統(tǒng)多相電源PWM輸出調(diào)整方式基本相同，均為增加某一項(xiàng)PWM的占空比，但區(qū)別在于PWM占空比改變后，流過補(bǔ)償電感Lc的電流會(huì)隨之改變，而這一變化會(huì)同步耦合到其他幾相，這就會(huì)讓所有相幾乎同步對(duì)瞬態(tài)電流的變化做出響應(yīng)，輸出總電流也很快能夠到達(dá)負(fù)載需求的電流。這種方式有效改善了多相電源的瞬態(tài)響應(yīng)，降低了電源輸出端對(duì)大尺寸固態(tài)電容的需求。
（5） 實(shí)際測(cè)試結(jié)果對(duì)比
如圖5所示，為某IC廠商提供的傳統(tǒng)多相電源方案和TLVR方案的測(cè)試結(jié)果對(duì)比，測(cè)試條件如下：
圖5.TLVR電路等效原理圖和對(duì)應(yīng)的瞬態(tài)電流波形
可以清楚看到，在同等配置下，采用TLVR方案的多相電源在負(fù)載電流瞬間下降時(shí)，幾乎看不到明顯過沖，而傳統(tǒng)多相方案則存在約80mV過沖電壓，而且過沖持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)20us以上，更重要的是TLVR方案所需輸出電容僅為傳統(tǒng)方案的70%！
綜上所示，采用TLVR技術(shù)的多相電源方案具有瞬態(tài)響應(yīng)快，成本低，易移植（只替換輸出電感），兼容性好等優(yōu)勢(shì)，是高性能CPU、AI芯片供電方案的首選替代方案。