AI 服务器对电感器的需求分析及选型建议

在人工智能技术飞速发展的当下，AI 服务器作为承载核心运算的关键设备，其性能表现至关重要。而电感器，作为 AI 服务器电源管理和信号处理的重要元件之一，对服务器的高效稳定运行起着不可忽视的作用。深入剖析 AI 服务器对电感器的需求，并合理选型，成为提升 AI 服务器性能与可靠性的关键环节。

AI 服务器的独特需求

AI 服务器与传统服务器相比，在性能、功率密度和能效要求等方面存在显著差异，这些差异直接决定了对电感器的特殊需求。

大电流承载能力

AI 服务器通常搭载高性能 GPU 或专用 AI 芯片，这些芯片在运行时需要大电流支持。例如，英伟达的某些高端 GPU 芯片，工作电流可达数十安培甚至更高。若电感器的饱和电流不足，在大电流通过时，磁芯会进入饱和状态，导致电感量急剧下降，无法正常储存和释放能量。这将引起元件过热，严重时甚至会使功能失效或元件损坏，极大地影响系统稳定性。因此，AI 服务器要求电感器具备高饱和电流能力，以确保在大电流环境下稳定工作。

高功率密度与低直流电阻

数据中心空间有限且散热困难，AI 服务器需要更高的功率密度来应对这些挑战。这就要求电感器在保持较小体积的同时，具备更低的直流电阻(DCR)。DCR 越低，电感器在通直流电流时产生的热损耗就越小，能够提高整体效率。例如，在紧凑型的 AI 服务器设计中，采用低 DCR 的电感器，可以在有限的空间内实现更高的功率输出，同时减少因发热带来的散热压力，提升系统的可靠性。

高频特性要求

为降低数据中心整体能耗成本，AI 服务器对供电系统效率要求极为严苛，通常需要达到极高的转换效率。新一代高频 DC-DC 转换器的应用，要求电感器具备良好的高频特性。在高频条件下，传统磁性材料制成的电感器可能会出现损耗增加、发热量提升等问题，无法满足需求。因此，适应高频工作特性，成为 AI 服务器用电感器选型的重要考量因素。

严苛环境下的稳定性与可靠性

AI 服务器长期处于高负载运行状态，内部温度环境相对严苛。这就要求所选用的电感器拥有良好的温度稳定性和长期可靠性。在高温环境下，电感器的各项性能参数应保持稳定，不会因温度变化而发生较大漂移，以确保服务器在长时间运行过程中，电源管理和信号处理的稳定性不受影响。

电感器在 AI 服务器中的应用场景

电源管理系统

DC-DC 转换器：AI 服务器的核心部件，如 GPU、CPU 和 AI 加速芯片，对供电的稳定性和效率要求极高。以降压 DC-DC 转换器为例，在 48V 转 12V 的应用中，为了满足高效稳定的电压转换需求，电感量通常要求在几 μH 到数十 μH 之间;而在 12V 转 0.75V 等更低电压转换的场景中，则需要 1μH 以下的电感器。同时，工作电流可达 60A 甚至更高，饱和电流要求在 60A - 120A 之间，尺寸还需控制在 12mm 以内。电感器在 DC-DC 转换器中负责储存和释放能量，平滑输入电压波动，提供稳定的输出电流，确保服务器核心部件能在稳定的供电环境下高效运行，满足数据中心海量数据的处理和存储需求。

稳压电路：在稳压电路中，电感器与电容等元件配合，组成滤波电路，进一步稳定输出电压，减少电压纹波，为 AI 服务器的精密芯片提供纯净、稳定的电源，保障芯片的正常工作，避免因电压波动而导致的运算错误或性能下降。

信号滤波与噪声抑制

一次电源 AC-DC 转换器：在 220V AC 转 DC 电源中，共模电感、磁珠和差模电感发挥着重要作用。它们与电容配合形成低通滤波器，有效滤除高频纹波，抑制高频噪声，确保为关键芯片提供更纯净的供电。例如，共模电感能够抑制共模噪声，防止其对电源系统和其他电路产生干扰;差模电感则主要用于抑制差模干扰，保障信号的完整性。

高速信号传输线路：在 AI 服务器的高速信号传输线路中，差模或共模扼流圈常被用作抗干扰元件。随着数据传输速率的不断提高，信号容易受到外界电磁干扰的影响，产生误码等问题。差模扼流圈可以消除差模干扰，共模扼流圈则对共模噪声有很好的抑制作用，确保高速信号在传输过程中的稳定性和准确性，避免数据传输错误对 AI 运算结果产生影响。

AI 服务器电感器选型关键因素

电感值

电感值决定了电路中的纹波电流大小以及能量存储能力。在 AI 服务器中，合适的电感值能够有效平滑电流波动，提高供电稳定性。不同的应用场景对电感值的要求不同，需要根据具体情况平衡纹波要求与动态性能要求。例如，在 48V - 12V DC-DC 转换器中，选择中等范围的电感值(如几 μH 到数十 μH)，可以兼顾效率和响应速度;而在 12V - 0.75V DC-DC 转换器这种对电压精度要求更高、电流变化更频繁的场景中，则需要选择较小电感值(1μH 以下)的电感器，以更好地适应快速的电流变化，减少电压纹波。

饱和电流

饱和电流是电感器的关键参数之一。在 AI 服务器中，高性能芯片的高功耗导致对饱和电流提出了更高要求。选型时，应优先选择饱和点较高且温度稳定性良好的磁性材料，如铁氧体或软磁合金。同时，一体成型结构的电感器由于其独特的制造工艺，能够减少漏磁并提高抗饱和能力，也是不错的选择。例如，在一些大电流供电的场景中，采用一体成型结构且饱和电流规格合适的电感器，可以确保在高负载电流下，电感器仍能保持正常的电感量，稳定地为芯片提供能量，避免因磁饱和而导致的系统故障。

直流电阻

直流电阻(DCR)越低，电感器在通入直流时产生的功耗就越小，从而可以提高系统效率。在 AI 服务器的高功率密度设计中，能耗管理极为关键，降低 DCR 是优化系统效率的重要途径。在选型时，应优先选择具有低 DCR 特性的产品，同时要确保其体积与功率密度设计相匹配。例如，在紧凑型设计中，可考虑采用一体成型结构的电感器，这种结构不仅能够实现低 DCR，还具有较高的功率密度，能够在有限的空间内满足 AI 服务器对高效电源管理的需求。

工作频率

AI 服务器采用高频 DC-DC 转换器，以实现更高效、更紧凑的供电设计。在高频工作条件下，电感器的性能会受到磁性材料特性的影响。因此，适应高频工作特性是选型的重要考量因素。首先，在材料选择上，应优先选择具有低损耗特性的磁芯材料，如 FeNi 软磁粉末或热压一体成型合金粉末等;其次，在结构优化方面，可以采用分段式设计、扁平线绕组或特殊封装形式，以减少交流损耗;最后，要确保所选电感器能够支持目标工作频率范围，例如，对于工作频率在 MHz 级别的高频 DC-DC 转换器，需要选择专门为高频应用设计的电感器，以保证在高频下仍能保持良好的性能，高效地进行能量转换和信号处理。

适合 AI 服务器的电感器类型推荐

大电流电感

大电流电感是 AI 服务器电源管理模块(如 CPU、GPU、加速卡的供电电路)的核心元件。它需要满足高性能、高可靠性和高效率的需求，具备以下特点：优异的饱和电流特性，可避免磁芯饱和导致电感量骤降;能够长期承受高负载电流(如 80 - 100A 持续电流)，同时保持电感表面低温升;具有良好的高频特性，适合现代 AI 服务器中高频 DC-DC 转换器的应用;采用低损耗磁芯材料(如铁氧体、金属合金粉末)，以减少能量损耗，提升系统转换效率。例如，在一些高性能 AI 服务器的 GPU 供电电路中，大电流电感能够稳定地为高功耗的 GPU 提供所需的大电流，确保 GPU 在高速运算时的供电稳定性，从而保证 AI 服务器在图形处理、深度学习等任务中的高效运行。

一体成型电感

一体成型电感采用磁性粉末压铸成型技术，将线圈与磁芯一体化封装。这种设计有效减少了漏磁现象，显著提高了抗饱和能力。同时，一体成型结构使得电感器具有更高的功率密度、更好的机械强度以及抗电磁干扰性能。一体成型电感特别适合 AI 服务器中的高功率 DC-DC 转换器、核心供电模块(如 GPU、CPU 供电)以及对可靠性要求较高的供电系统等应用。例如，在空间有限的 AI 服务器主板上，一体成型电感可以在较小的体积内实现高功率密度，为核心芯片提供稳定的电源，并且其良好的抗电磁干扰性能能够减少周围电路对电源信号的干扰，提高系统的稳定性和可靠性。

TLVR 电感

针对特定应用需求，市场上出现了一些特殊设计的电感器，如跨电感稳压器 TLVR(Trans-Inductor Voltage Regulators)电感。基于服务器厂商降本增效的需求，TLVR 概念应运而生，并成为应对低电压大电流应用中快速负载波动的主流电路。TLVR 电感通过特殊的绕组设计，能够使芯片处理器获得较高的瞬态响应性能。在电流需求突然大幅增加的情况下，能够实现较高的负载瞬态响应，且电源电压几乎不会降低。同时，它还能降低电源纹波，满足负载要求，降低损耗，提高转换效率，并且可保持较小的输出电容值，减少安装面积和系统成本。例如，在一些对电源瞬态响应要求极高的 AI 服务器应用场景中，TLVR 电感能够快速响应负载电流的变化，确保芯片在不同工作状态下都能获得稳定、及时的供电，提高 AI 服务器的整体性能和稳定性。

电感器作为 AI 服务器中不可或缺的核心元件，在电源管理、信号滤波等关键模块中发挥着重要作用。面对 AI 服务器不断提升的性能需求，选择合适类型和参数的电感器，是保障 AI 服务器高效、稳定运行的关键。随着 AI 技术的持续发展，电感器的技术也将不断创新，以更好地满足 AI 服务器领域日益增长的需求，推动人工智能产业迈向新的高度。