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?貼片電感與電容在液冷環境下的協同濾波設計
文章出處：平尚科技
責任編輯：平尚科技
發表時間：2025-12-13
在液冷AI服務器的高密度電源系統中，電源網絡的“潔凈度”直接決定了計算核心的穩定與高效。GPU和CPU在納秒間切換的巨大電流需求，會在供電線路上激起復雜的高頻噪聲。要濾除這些噪聲，單靠電容或電感往往力不從心，必須依賴由貼片電感和電容精心組合的LC濾波網絡。然而，當這套網絡部署在液冷環境中時，其設計邏輯需要從單純的電路匹配，升級為應對環境挑戰的協同工程。
液冷散熱雖然高效地帶走了元件表面的熱量，但也引入了新的變量。首先，溫度均勻性與梯度不同于風冷。冷板表面的溫度分布可能并不完全均勻，這意味著緊貼冷板安裝的濾波網絡中，不同位置的貼片電感和電容?可能工作在不同的殼溫下。電感的磁芯導磁率和電容的介電常數都會隨溫度變化，導致LC網絡的諧振點發生漂移，可能偏離需要抑制的噪聲頻點。其次，機械應力不容忽視。液冷系統的運行振動和冷熱循環帶來的膨脹收縮，會對元件的焊接點和內部結構造成持續應力，可能引起參數微變甚至失效。要實現有效的協同濾波，首要任務是確保電感與電容在電氣參數上的精準匹配。這不僅僅是選擇標稱感值和容值，更需要關注它們的頻率特性。平尚科技提供的疊層式貼片功率電感，通過采用金屬磁粉材料，能夠在高頻下（如1MHz以上）仍保持較高的感值和較低的磁芯損耗。與此同時，協同使用的多層陶瓷電容（MLCC）需選用介質損耗角正切值（DF）小的材料，如C0G（NP0）特性，其在-55℃至+125℃范圍內容量變化可控制在±30ppm/℃以內，確保濾波網絡在寬溫范圍內的穩定性。
這種協同的更高層次，是主動利用液冷環境來優化性能。例如，在布局上，可以將發熱量相對較大的功率電感優先布置在液冷冷板的流道上方或高效散熱區域，而將本身發熱很小但對溫度敏感的精密濾波電容，適當布置在溫度更穩定的區域。這需要結合熱仿真來優化元件排布，確保兩者都能在各自適宜的溫度窗口內工作。一個設計精良的協同濾波網絡，其價值在系統層面會充分體現。在GPU的負載點電源中，由貼片電感和低ESR陶瓷電容構成的二級濾波網絡，能夠將高頻開關噪聲（如來自Buck電路的數百kHz紋波及其諧波）抑制到毫伏級別。實測數據顯示，優化后的設計可將GPU核心電源軌上的峰峰值噪聲從80mV以上降低至20mV以內。更干凈的電源意味著GPU內部晶體管開關狀態更確定，計算錯誤率降低，同時也為提升時鐘頻率或降低核心電壓留下了余量，直接貢獻于能效提升。在液冷AI服務器追求極致性能的道路上，穩定純凈的供電是看不見的基石。貼片電感與電容的協同濾波設計，已超越傳統的選型搭配，演變為一項融合電氣性能、熱力學管理和機械可靠性的系統工程。平尚科技通過提供具備優異高頻特性和溫度穩定性的電感與電容產品，并結合深入的液冷應用知識，助力電源設計師駕馭這一復雜性，從而為澎湃的AI算力打造出更安靜、更高效的能源脈絡。
