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未来电源发展的架构

2009/7/10/08:23 来源:电子元件技术网
中心议题:
  • 集中式、分布式、中专母线等电源架构的特点
  • 电源分比式功率架构发展趋势和特点
解决方案:
  • 在分比式架构稳压功能由PRM提供可远离负载
  • 分比母线无须受负载电压限制
  • 可以用不同的方法来控制VTM的输出电压

      近年电子及数据产业的发展及分布式供电系统的推广,DC-DC转换器的应用越来越广,新的微处理器、记忆体、DSP及ASIC都趋向要求低电压、大电流供电。面对新世代的电子器件和负载,电源业要面对重大的挑战,产品除了能在低电压输出大电流外,还要做到体积小、重量轻、动态反应快,噪声小和价钱相宜。这些需求促使业界重新审视现有技术和架构。

      电源架构的发展(CPA)
  
      集中式电源,这是最基本的电源结构,简单、成本轻。它把从前端到DC-DC转换的功能集中在一个框架,减少占用负载点的电路板空间,避免串接作多次功率转换,效率较佳,也相对能容易处理散热及EMI问题。设计师也需要在I2R功耗与EMI两方面平衡考虑,决定电源与负载的距离。虽然集中式电源在很多应用上运作良好,但对要求低电压、多个负载点的应用,不是很适合。
  
      分布式架构(DPA)
  
      自80年代,电源模块面世后,分布式架构被广泛采用,成为最常用的架构。(砖式的电源模块齐备了DC-DC转换器的三项基本功能:隔离、变压和稳压,工程师可以把电源模块置在系统电路板上,靠近负载供电。分布式架构是由较粗糙的DC母线(一般为48V或300V)供电,再由放置在系统电路板旁的DC-DC转换器转换成合适的电压为负载供电。这种布局可以改善系统的动态反应,避免整个系统在低电压操作所产生的问题。
  
      分布式电源的成本一般较高,尤其是在负载数目多的情形下,需要占用较大的电路板空间。而且在每一个负载点都重复包括隔离、变压、稳压、EMI滤波和输入保护等功能,模块的成本自然增大。
  
      中转母线架构(IBA)
  
      中转母线架构(图1)弥补了分布式电源架构的缺点。它把DC-DC转换器的隔离、变压及稳压功能分配到两个器件。IBC(中转母线转换器)具变压及隔离功能。niPoL(非隔离负载点转换器)则提供稳压功能。IBC把半稳压的分布母线转为不稳压及隔离的中转母线电压(一般是12V),供电给一连串的niPoL。niPoL靠近负载,提供变压及稳压功能。

      IBA的理念是把母线电压降至一个稍稍高于负载点的电压,再由较便宜的降压器(niPoL)来完成余下的工作。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共同端电压的平均值,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互相冲突的。图2比较了多个把48V分布母线转为1V用的方法,各分布母线的宽度代表了所带的电流。
                 

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