电源转换技术始于20世纪80年代。当时的定制电源主要采用零电流开关准共振变换器技术,而砖式电源部件被认为是一种灵活的部件,因此诞生了模块化电源制造业务。同样,新出现的电源转换技术,如开关速度为3.5MHz的突破性DC/DC电源转换芯片,是对砖式电源概念的进一步发展。而基于这一技术的分比式电源结构(FactorizedPowerArchitecture,FPA)则被认为提供了电源系统设计师所梦寐以求的优点。例如,设计人员需要为系统和应用供电,但并不希望
电源转换技术始于20世纪80年代。当时的定制电源主要采用零
电流开关准共振变换器技术,而砖式电源部件被认为是一种灵活的部件,因此诞生了
模块化电源制造业务。同样,新出现的电源转换技术,如开关速度为3.5 MHz的突破性DC/DC电源转换芯片,是对砖式电源概念的进一步发展。而基于这一技术的分比式电源结构(Factorized Power Architecture,FPA)则被认为提供了电源系统设计师所梦寐以求的优点。
例如,设计人员需要为系统和应用供电,但并不希望电源转换功能占据太大的系统空间。集中式电源可有效地将不需要的电源功能放到客户电路板之外实现。然而,随着电压不断降低和电流不断提高,集中式电源面临电源传输方面的挑战。同样,分布式电源也同时具有优点和缺点,它将电源放到负载点(
PoL)附近,但同时也带来了砖式电源变换的所有问题,如重量、体积和散热等(图1)。最近发展起来的中间总线结构(Intermediate Bus Architecture)则采用了非隔离的负载点变换器,通过隔离和高变压比来提高成本效率(图2)。但这需要总线变换器靠得足够近,才能保证在低输入电压时提供足够的
功率。
图1 传统砖式结构提供稳压、变压和隔离功能
图2 中间总线结构将三种功能分开,将稳压功能放在负载点上
图3 FPA将变压和隔离功能放在负载点附近
图 4 该FPA芯片大小为1.26英寸×0.85英寸×0.24英寸,重量为12.25g分比式电源结构
基于新的电源转换技术的FPA克服了这些缺点,从而为电源转换开创了一个新时代。FPA将转换器的三大功能—稳压、变压和隔离—分离到两个电源构建模块中(图3)。预稳压模块(
PRM)提供稳压功能,PRM在电压转换模块(VTM)的上游,VTM则提供变压和隔离功能。
通过将电源转换器的三大功能分散到两个模块中,分比式电源结构提高了电源系统的灵活性。这一结构允许设计人员灵活地部署PRM和VTM模块,如果他们想将PRM放在电路板以外,那么可以只将VTM放在负载点。事实上,由于VTM可以转换相对高的电压,高电压传输时的I2R损失更小,因此PRM可以安装在离负载较远的地方,甚至安装在另一块板上。这样,电源设计人员就不必进行艰难的选择或折衷,他们可以根据应用选择合适的方案。
VTM提供变压和隔离功能,根据特定VTM的K因子或变压比,电压可升可降。
非隔离的PRM可接收范围相当宽的输入电压并生成称为“分比总线电压”的稳压输出电压。这种转换的效率很高,通常在97%~
99%的范围。输入与分比总线电压越接近,效率越高。例如,一个输入范围为36V~75V的
48V系统,当输入电压接近48V时,效率可接近99%。
