電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)

十多年來(lái)，分布式電源架構(gòu)(DPA)已被廣泛應(yīng)用， 而且在高密度電源模塊出來(lái)以后，它的優(yōu)點(diǎn)更能充份的發(fā)揮。在工控， 軍工及醫(yī)療儀器方面都得到了充分的利用。分布式電源結(jié)構(gòu)已成為電源的主流架構(gòu)。
電子設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)所需的電源要求正在持續(xù)增加， 系統(tǒng)需要的電源規(guī)格不一， 但大致發(fā)展趨勢(shì)是輸出不斷增多及分散， 負(fù)載瞬變更快速， 負(fù)載電壓較低而電流卻極大， 以及電路板趨向密集。 設(shè)計(jì)師不得不去尋找一些小封裝、高效率以及高電流密度的DC-DC轉(zhuǎn)換器， 還需考慮不斷壓縮的成本。 目前市場(chǎng)上的功率產(chǎn)品及相應(yīng)的功率結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用到它們所能發(fā)揮的功能極限， 很難再進(jìn)一步改良。 本文將介紹三種電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中包括一項(xiàng)創(chuàng)新的電源架構(gòu) ?分比式電源架構(gòu) (Factorized Power 或 Factorized Power Architecture)， 簡(jiǎn)稱FPA及實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)架構(gòu)的嶄新功率組件。

分布式電源結(jié)構(gòu)
分布式電源是非集中的電源結(jié)構(gòu)，通常是由一個(gè)在AC市電端的AC-DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，給放在別處的DC-DC轉(zhuǎn)換器供電。該AC-DC轉(zhuǎn)換器提供一個(gè)中轉(zhuǎn)總線電壓，通常為48V，以及穩(wěn)壓、隔離、噪聲消除和功率因素校正等功能。DPA結(jié)構(gòu)如圖1所示。
該中轉(zhuǎn)電壓由靠近負(fù)載端的DC-DC轉(zhuǎn)換器傳給負(fù)載。一般在通信系統(tǒng)中是在48V總線上分布功率，板上的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器匹配負(fù)載的需要。這有助于動(dòng)態(tài)響應(yīng)及去除系統(tǒng)上的分布電壓等問(wèn)題。
分布式手段能分散系統(tǒng)熱能，大大減少或去除所需的散熱器或高速風(fēng)流。整體系統(tǒng)溫度保持均散平穩(wěn)，較易符合可靠性指標(biāo)。
但是DPA的成本較高，例如，每個(gè)“磚式”模塊都包含隔離、穩(wěn)壓、電壓轉(zhuǎn)變、EMI濾波及輸入保護(hù)等功能，在離線源需進(jìn)行整流，從而附加了功率處理步驟，降低了整體效率。還有，如單個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器不能提供足夠的功率或個(gè)別輸出需有冗余特性，便需并聯(lián)多個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，從而增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，這是由于將各并聯(lián)DC-DC轉(zhuǎn)換器的遙感端接到共同端點(diǎn)，以及每個(gè)并聯(lián)轉(zhuǎn)換器需附加電路以使它們能均流而造成的。

中間總線架構(gòu)(IBA)
中間總線架構(gòu)可以分開(kāi)DC-DC轉(zhuǎn)換器的隔離、變壓及穩(wěn)壓三個(gè)功能而分配給兩個(gè)器件。IBC(中間總線轉(zhuǎn)換器)具有電壓轉(zhuǎn)變及隔離功能，而niPOL(非隔離負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器)則提供穩(wěn)壓功能。
IBA可提供很好的成本效益，因?yàn)樨?fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器不需隔離功能，價(jià)格相宜。中間總線架構(gòu)中的非隔離負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器具備高比值電壓轉(zhuǎn)變功能以改善成本效益， niPOL依靠就近的總線轉(zhuǎn)換器在低壓下輸入功率。但niPOL不具備隔離功能，這會(huì)導(dǎo)致過(guò)壓靈敏的負(fù)載易受致命損壞并存在潛在接地環(huán)路問(wèn)題，IBA結(jié)構(gòu)如圖2所示。
現(xiàn)在出現(xiàn)了一種新芯片，稱為正弦振幅轉(zhuǎn)換器(Sine Amplitude Converter， 簡(jiǎn)稱SAC)。SAC是一種固定頻率的共振轉(zhuǎn)換器。它的開(kāi)關(guān)頻率達(dá)3.5MHz。它在初級(jí)開(kāi)關(guān)采用零電壓技術(shù)，在輸出端利用零電壓及零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)做成同步整流. SAC利用低Q值， 薄身的變壓器， 可使器件的功率密度達(dá)到1000W/in3， 效率達(dá)97%。另外，SAC的噪聲放大率較中間總線模塊大大減少，而且功率傳送速度更快。
在多種SAC器件中，有一種的功能與中間總線模塊相同，稱為BCM (中間總線轉(zhuǎn)換器模塊)。BCM的輸入范圍較寬，達(dá)到38~55Vdc，它除了有12V輸出外， 還有3、4、6、8、9.6、16、24及 48V輸出。選擇12V作為中間總線只是折中方案。在高功率系統(tǒng)，12V不足以實(shí)現(xiàn)有效的供電， 電流會(huì)太高；在負(fù)載點(diǎn)產(chǎn)生低電壓則會(huì)有麻煩，這是由于非隔離降壓轉(zhuǎn)換器占空比所限， 難以實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換。BCM的多種電壓選擇可以滿足系統(tǒng)及負(fù)載的不同需求。
BCM 的優(yōu)點(diǎn)是體積小。BCM以VI芯片(VIC)封裝，體積只有1.26"