一种完全对称的新型垂直结构负载点模块

本发明属于电力电子，具体涉及一种完全对称的新型垂直结构负载点模块。

背景技术：

1、先进的处理器推动了人工智能、云计算以及数字经济的快速发展，目前，这些处理器cpu采用7纳米、5纳米硅工艺，并迅速向3纳米推进。这些先进工艺的cpu额定核心工作电压一般为0.75v～0.85v，为了达到要求的性能工作负载，额定电流也需要极大地增加。可见，电压的降低和电流的增加对pol(point-of-load，负载点)带来了挑战，未来的高性能处理器需要高效率和高功率密度的pol变换器来支持极低电压(即<1v)下的数百安培电流。此外，电流的增加还会加剧主板pcb铜路径的损耗，并为处理器热管理系统带来大量额外的热量；同时，pcb铜路径上的压降与电流的增加成正比，电流的急剧增加会导致cpu所获得核心电压的下降，该压降效应将对处理器性能产生巨大影响。

2、图1是相关技术中的横向供电示意图。现有技术中，pol变换器多采用图1所示的横向供电，pol变换器位于主板处理器旁边，电流从pol变换器横向流入处理器，这种方式下会产生固有的pcb铜路径损耗，并且无论pol变换器与处理器内核距离多近都无法可避免。

3、图2是相关技术中的垂直供电示意图。为了解决pcb铜路径带来的线路损耗，现有技术中还存在一种图2所示的垂直供电方式，也就是说，在垂直方向上将pol变换器与主板处理器相对设置。美国普林斯顿大学已经研发出首款垂直结构的pol模块，但其磁芯为铁氧体材料，需要开气隙来防止饱和，这会导致磁场漏磁增大，且边缘损耗严重，导致重载效率较低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种完全对称的新型垂直结构负载点模块。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种完全对称的新型垂直结构负载点模块，包括：氮化镓功率模块、磁芯、绕组、多个印刷电路板和输出电容，所述磁芯包括上端板、下端板以及位于上端板、下端板之间的多个支腿，所述多个印刷电路板包括第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板；其中，

3、所述第一印刷电路板位于上端板远离下端板的一侧，且集成有所述氮化镓功率模块，所述第二印刷电路板包括多个与所述支腿对应的开口，并通过所述开口嵌入在上端板与下端板之间，所述绕组套接在至少部分支腿上并连接至所述第二印刷电路板，所述第三印刷电路板位于下端板远离上端板的一侧，且集成有所述输出电容。

4、在本发明的一个实施例中，所述氮化镓功率模块包括有源集成的四相gan器件半桥电路、驱动器和去耦电容。

5、在本发明的一个实施例中，沿垂直于上端板所在平面的方向，上端板和下端板的正投影均为正方形，所述多个支腿的正投影沿该正方形的周向排布。

6、在本发明的一个实施例中，所述多个支腿包括四个第一支腿和四个第二支腿，其中，四个第一支腿的正投影分别位于所述正方形的顶点，相邻两个第一支腿间设置有第二支腿。

7、在本发明的一个实施例中，包括四相绕组，所述四相绕组分别套接在所述四个第二支腿上。

8、在本发明的一个实施例中，所述磁芯的制作材料包括合金粉芯。

9、在本发明的一个实施例中，所述第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板之间通过铜柱电气连接。

10、在本发明的一个实施例中，所述四相gan器件半桥电路包括电容co、电阻rl、晶体管：s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8；其中，

11、s1、s3、s5和s7的漏极与输入电压vin的正端连接，s1、s3、s5和s7的源极分别与s2、s4、s6和s8的漏极连接，s2、s4、s6和s8的源极与输入电压vin的负端连接，s1、s3、s5和s7的源极与s2、s4、s6和s8的漏极之间分别包括节点n1、n2、n3和n4，所述四相绕组的一端分别与节点n1、n2、n3和n4连接、另一端经电容co连接至输入电压vin的负端，电阻rl与电容co并联。

12、在本发明的一个实施例中，所述四相gan器件半桥电路在所述第一印刷电路板上关于所述正方形的中心点中心对称。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

14、本发明实施例提供一种完全对称的新型垂直结构负载点模块，包括：氮化镓功率模块、磁芯、绕组、多个印刷电路板和输出电容，其中，磁芯的制作材料包括合金粉芯，如此可以减少对有源器件的干扰，降低重载损耗，提高功率密度，减少cpu线迹损耗，并且也有利于氮化镓器件的散热。

15、此外，本发明采用的四相gan器件半桥电路是完全对称的，能够实现四相buck均流，三个印刷电路板通过铜柱电气连接，铜柱可以辅助磁芯散热同时屏蔽漏磁干扰。

16、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，包括：氮化镓功率模块、磁芯、绕组、多个印刷电路板和输出电容，所述磁芯包括上端板、下端板以及位于上端板、下端板之间的多个支腿，所述多个印刷电路板包括第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板；其中，

2.根据权利要求1所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述氮化镓功率模块包括有源集成的四相gan器件半桥电路、驱动器和去耦电容。

3.根据权利要求1所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，沿垂直于上端板所在平面的方向，上端板和下端板的正投影均为正方形，所述多个支腿的正投影沿该正方形的周向排布。

4.根据权利要求3所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述多个支腿包括四个第一支腿和四个第二支腿，其中，四个第一支腿的正投影分别位于所述正方形的顶点，相邻两个第一支腿间设置有第二支腿。

5.根据权利要求4所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，包括四相绕组，所述四相绕组分别套接在所述四个第二支腿上。

6.根据权利要求1所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述磁芯的制作材料包括合金粉芯。

7.根据权利要求1所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述第一印刷电路板、第二印刷电路板和第三印刷电路板之间通过铜柱电气连接。

8.根据权利要求5所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述四相gan器件半桥电路包括电容co、电阻rl、晶体管：s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7和s8；其中，

9.根据权利要求8所述的完全对称的新型垂直结构负载点模块，其特征在于，所述四相gan器件半桥电路在所述第一印刷电路板上关于所述正方形的中心点中心对称。

技术总结
本发明公开了一种完全对称的新型垂直结构负载点模块，涉及电力电子技术领域，包括：氮化镓功率模块、磁芯、绕组、多个印刷电路板和输出电容，磁芯包括上端板、下端板以及位于二者之间的多个支腿，多个印刷电路板包括第一、第二和第三印刷电路板；其中，集成有氮化镓功率模块的第一印刷电路板位于上端板远离下端板的一侧，第二印刷电路板包括多个与支腿对应的开口，并通过开口嵌入在上端板与下端板之间，绕组套接在至少部分支腿上并连接至第二印刷电路板，集成有输出电容的第三印刷电路板位于下端板远离上端板的一侧。由于磁芯的制作材料包括合金粉芯，因此可以减少对有源器件的干扰，降低重载损耗，提高功率密度，也有利于氮化镓器件的散热。

技术研发人员：于龙洋,赵胜雷,涂一肖,王中旭,张进成,郝跃
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15