分比式功率,配合将来电源发展的架构

近年电子及数据产业的开展及散布式供电体系的推广， DC－DC转换器的运用越来越广， 新的微解决器、记忆体、DSP及ASIC都趋势请求低电压、大电流供电。 面对新世代的电子器件和负载，电源业要面对严重的挑衅，产品除了能在低电压输出大电流外， 还要做到体积小、分量轻、静态反映快， 噪声小和价格适宜。 这些需求匆匆使业界从新审阅现有技巧和架构。
　　电源架构的开展 （CPA）
　　集中式电源，这是最基础的电源构造，简朴、老本轻。它把从前端到DC－DC转换的功用集中在一个框架， 增加占用负载点的电路板空间， 防止串接作屡次功率转换，效力较佳，也绝对能轻易解决散热及EMI问题。 设计师也须要在I2R功耗与EMI两方面均衡斟酌，抉择电源与负载的间隔。尽管集中式电源在很多运用上运作良好，但对请求低电压、多个负载点的运用，不是很适宜。
　　散布式架构 （DPA）
　　自80年代，电源模块面世后，散布式架构被普遍采取，成为最罕用的架构。（砖式的电源模块完备了DC－DC转换器的三项基础功用： 隔离、变压和稳压，工程师能够把电源模块置在体系电路板上，接近负载供电。散布式架构是由较毛糙的DC母线（个别为48V或300V）供电， 再由搁置在体系电路板旁的DC－DC转换器转换成适宜的电压为负载供电。这种规划能够改良体系的静态反映，防止全部体系在低电压操作所发生的问题。
　　散布式电源的老本个别较高，尤其是在负载数目多的情况下，须要占用较大的电路板空间。而且在每一个负载点都反复包含隔离、变压、稳压、EMI滤波和输出掩护等功用，模块的老本天然增大。
　　中转母线架构 （IBA）
　　中转母线架构 （图1） 填补了散布式电源架构的缺陷。它把DC－DC转换器的隔离、变压及稳压功用调配到两个器件。 IBC （中转母线转换器） 具变压及隔离功用。niPoL （非隔离负载点转换器） 则供给稳压功用。 IBC把半稳压的散布母线转为不稳压及隔离的中转母线电压（个别是12V）， 供电给一连串的niPoL。 niPoL 接近负载， 供给变压及稳压功用。IBA 的理念是把母线电压降至一个稍稍高于负载点的电压，再由较廉价的降压器（niPoL）来实现余下的任务。降压器（niPoL）经由电感器传输电压到负载，这电压相等于上开关和下开关独特端电压的均匀值，等如上开关电压占空比与中转母线的乘积。
　　中转母线架构的问题是令IBC和niPoL均能有效操作的条件是相互矛盾的。 图2对比了多个把48V散布母线转为1V用的方式，各散布母线的宽度代表了所带的电流。
　　第一个例子显示由48V间接用niPoL转为1V，尽管电流和功耗都很少，但niPoL的占空比只要2％。占空比太低，会引发顶峰值电流，输出输出纹波太大，瞬态反映慢，噪声高及功率密度高等问题。
　　第二个例子，以IBC转换48V母线至12V中转电压，niPoL的占空比是8％，改良不大。而IBC所带的电流比第一个例子高四倍。防止散布损耗，母线的截面面积需增大16倍，或延长IBC与niPoL的间隔。
　　余下两个例子显示运用IBC转换48V至3V或2V。电压越低，占空比越高。但中转母线电流亦越大，散布损耗更多。因为母线电流高，在这两个例子中，IBC与niPoL 要靠得很近。在2V的例子，niPOL的占空比是50％， 很好， 但此时IBC要跟着niPOL的尾巴走， 彼此接近得犹如整体是一个DC－DC转换器，解释将DC－DC转换器离开两个器件的甩的在IBA是达不到的， 反复散布式架构的困局，不能施展IBA的长处。
　　IBA的另一个问题是niPOL的瞬变反映。niPOL是否疾速地按负载变更加大或增加电流呢？ 它的基础难处是它把电感器放错了地位。
　　电感器内的电流变更率由加于电感器上的电压抉择。在低电压运用时，当负载处于大电流状况，它的电流变更率受输出电压所限。当输出电压越低，电流变更率越小， 须要更长的时光减低电流，即越难停滞电感的惯性电流，恢复的时光亦更长，须要在输出加上大电容。
　　在niPOL前搁置的大电容， 虽担任滤涉及保持低阻抗， 但对负载旁路后果不大。 因为电感的地位不当，发生电流惯性，因而须要在输出加上大电容以保持稳固。
　　总的来说， IBA架构内存在固有的相互矛盾的效应，它的基础起因可追索到基础的奥姆定律，只能在某些规模内折冲运用。 但对另一些运用，以上提到的缺陷便显现进去了。