AI服务器电源革新催生高性能功率电感需求

伴随着人工智能和大数据技术的迅速发展，AI服务器作为算力密集型设备，在云计算、深度学习、自动驾驶、智能机器人等领域承担着关键任务。AI服务器的性能和稳定性，在很大程度上依赖于其电源系统的设计。随着算力需求持续攀升，传统电源架构逐渐难以满足高效、稳定供电的需求，因此以48V分布式供电、多相降压及数字化控制等为代表的先进电源架构逐渐成为主流。

一、AI服务器电源主要架构

1、集中式电源架构

传统集中式电源采用单一电源单元（PSU）将交流电转换为12V直流电，再通过主板分配至各负载。其设计成熟、成本较低、便于统一管理。但随着AI服务器算力提升，其弊端显现：12V传输路径长导致导通损耗（I²R）显著增加；电压调节带宽受限，影响动态响应速度；难以应对CPU/GPU的纳秒级剧烈负载变化；系统冗余性差，单一电源模块发生故障可能导致整个系统瘫痪，缺乏可靠性。

2、分布式电源架构（DPA）

分布式电源 架构已成为大型AI服务器首选。其核心是采用48V中间总线供电。PSU输出48V直流，利用高传输电压、低传输电流的特性，极大降低了分配路径上的能量损耗。在靠近CPU、GPU等核心负载处，部署负载点转换器（POL） 将48V直接转换为所需的低电压（如0.8V-1.8V），实现了供电的本地化、精细化，大幅提升了瞬态响应速度和电压调节精度。

48V分布式电源架构（图片来源于网络）

3、多相降压转换架构

是上述POL为极高功率负载（如CPU/GPU）供电的具体实现方案。通过多个并联的同步降压电路交替工作，为单颗处理器供电。其优势在于：分流后降低每相电流应力和热损耗；多相交错工作有效平滑输出电流纹波，降低对去耦电容的依赖；可根据处理器功耗动态启用/禁用相数，优化轻载能效。

4、数字化电源控制架构

利用数字信号处理器（DSP）或微控制器（MCU）替代部分模拟电路，实现了电源管理的智能化。它不仅可实现更复杂、灵活的控制算法以优化动态响应和能效，还支持通过软件进行实时监控、参数调整、故障预测与远程管理（如基于PMBus/I2C协议）。先进的设计常采用数字管理+模拟快速响应的混合模式，兼顾了智能性与速度。

5、模块化电源
在数据中心级AI服务器中广泛应用。标准化的电源模块（如CRPS）支持热插拔、N+1冗余和在线维护，保障了业务的极高可用性。其智能功能支持根据负载情况动态调整启用模块数量，避免轻载低效运行，显著提升数据中心整体能源效率。

总体来看，AI服务器电源架构正向着高压直流化（48V）、分布式POL化、控制数字化和管理智能化方向演进。理解服务器电源架构特点，有助于针对性能瓶颈合理选用关键元件，特别是电感器、DrMOS等核心元器件，保证电源系统的卓越表现。

二、AI服务器电源架构演进对电感器提出挑战

AI服务器电源架构创新对电感器提出了更为苛刻的性能要求，促使电感技术必须跟上电源设计的步伐，电感产品需满足以下需求。

◾ 低直流电阻：高性能AI服务器的电流需求显著增加，电感器必须具备极强的载流能力和优异的热管理性能。电感在承载大电流时会产生热量，若散热不良， 温度升高会导致电感材料性能退化甚至失效，影响电源稳定性。因此，低直流电阻（DCR）设计成为电感器的重要参数，能够有效减少电能损耗和热升，使电感在高电流应用中表现出卓越的可靠性。

◾ 高频低损耗：现在AI服务器电源要求其效率达到97%甚至是98%，而电感变压器在当中的损耗占比很大。随着电源转化频率不断提高，电感需兼顾高频性能与高效率，减少涡流和磁滞损耗。高频电流带来的损耗增加要求电感材料和结构不断优化，以满足频率范围宽、效率高的需求。

◾ 小型化、轻薄化设计：AI服务器内部占用空间有限，电感器的尺寸需进一步缩小，同时保持性能不减。小型化、轻薄化是未来电感设计趋势。通过高密度磁芯材料和先进的一体成型技术，电感在体积缩减的同时还能减轻重量，方便高密度贴装，有效节约宝贵的PCB空间。而且，这些设计还需兼顾机械强度和散热性能，防止在复杂环境下性能衰减。

◾ 高可靠性：AI服务器通常工作于宽温度且长时间持续负载状态，电感器要求具备良好的温度适应性和可靠稳定性，能够有效抵抗高温及环境变化带来的影响，保障设备持续稳定运行。

◾ 抗EMI性能：磁屏蔽结构可有效抑制电磁干扰对附近元件或信号线的破坏，确保服务器对微弱信号的精准处理。高抗EMI性能电感能够降低电磁环境污染，提升整个系统的抗干扰能力。

◾ 低噪声设计：随着服务器噪声控制需求增加，电感的蜂鸣声也备受关注。电感自身振动产生的蜂鸣噪音影响机房环境和用户体验，尤其在大规模部署的云数据中心机房中，低噪声设计的重要性不容忽视。一体成型技术和共振频率调控为降低蜂鸣噪音提供了有效解决方案，极大提升了服务器电源的环境适应性。

综上，电感器面对AI服务器电源高电流、小尺寸、高频率、强抗干扰、宽温适应和低噪声等多重挑战，需通过材料创新、结构优化和工艺升级不断进步，才能满足新趋势下的严苛应用需求。

三、AI服务器电源电感应用及选型建议

电感器在AI服务器电源中承担着滤波、扼流、稳定电压电流以及抑制噪声等多重功能。针对新趋势下AI服务器高性能和高可靠性需求，选用合适的电感器十分关键。科达嘉专注于高可靠性电感解决方案，针对AI服务器及相关智能设备，推出了多款性能优异的电感器产品，涵盖高频大电流、紧凑型大电流电感、一体成型低感量大电流芯片电感等多种类别。

其中，CSFED1260系列电感器是用于TLVR电路的高频大电流电感，采用磁屏蔽结构，可有效抑制电磁干扰（EMI），提升系统稳定性。该系列电感具有超低直流电阻和高能量存储能力，能够高效支持大电流DC-DC转换器和多相降压电源，适合AI服务器电源系统应用，在高频高温环境下具有良好的电流稳定性。工作温度：-40℃～+125℃。其小型SMD封装设计支持高密度安装，适应紧凑空间。

CSBA系列紧凑型大电流电感采用科达嘉自研合金粉磁芯材料，具有极低的磁芯损耗，优异的软饱和电流特性、高频低损耗等特点。其轻薄型设计可节省安装空间，适合高密度贴装需求。工作温度-55℃～+150℃，能够适应高温工作环境。CSBA系列电感可满足氮化镓电源对电感器高频低损耗、高功率密度、宽温等性能需求，广泛应用于DC-DC转换器、开关稳压器等核心模块。

专为AI应用设计的芯片电感CSHN系列则采用一体成型结构，超低蜂鸣噪音。具备超低感量、极低直流电阻、优异的软饱和特性和大电流承载能力。产品采用轻薄型设计，满足AI芯片及电源模块小型化、高密度贴装等需求。工作温度范围-40℃至+125℃，满足智能计算设备的严苛要求。

在实际选型时，工程师需要结合AI服务器的负载特性、电流大小、工作频率以及散热条件，选择最适合的电感型号。例如，高电流密集型负载可选择CSFED系列以获得最佳能效表现；而在空间受限的机箱内，CSBA系列紧凑型大电流电感会是理想选择；要满足AI应用对低感量、低电压、大电流、小体积等需求，则可选择AI芯片电感CSHN系列。合理搭配高性能电感产品，可以最大程度提升AI服务器电源转换效率和系统稳定性。