結(jié)合DPA和IBA優(yōu)勢(shì)的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器

簡(jiǎn)介
　　
　　先進(jìn)的電信與無(wú)線架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)及高速服務(wù)平臺(tái)等終端系統(tǒng)需要持m不嗟母納屏幾新a品, S著市齙囊求, 出F了更新、更快的ASIC、DSP、FPGA、高速微處理器和存儲(chǔ)設(shè)備電源行業(yè)也需要作出相的{整. @些器件改了源格的要求,需要提供多路工作電壓、更高的瞬態(tài)電流要求、更小的元件尺寸。但是由于技術(shù)上若干固有的限制，使得電源的發(fā)展也受到制約。一般而言，電源系統(tǒng)不會(huì)為整體系統(tǒng)提供主要賣點(diǎn)，因?yàn)橄到y(tǒng)必須有電源供電，并且終端應(yīng)用是處理數(shù)據(jù)而并非產(chǎn)生電壓和電流。如果電源系統(tǒng)占太多的空間，那么增加到終端產(chǎn)品具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一些其他技術(shù)特征就可能會(huì)被削弱或者完全忽略。為解決這些問(wèn)題，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一直努力設(shè)計(jì)一種最佳類型的分布式電源系統(tǒng)以滿足系統(tǒng)需求，同時(shí)仍然保持高效、可靠、低成本的特點(diǎn)，靈活地適應(yīng)快速變化的需求。

　　多種選擇

　　今天，有多種電源構(gòu)架方案可以x?。峨s詮ぷ髟36V-75V正常電壓范圍的電信系統(tǒng)，一般而言，按功率等級(jí)和電壓軌的數(shù)量決定是使用 DPA(分布式電源架構(gòu))或 IBA（中轉(zhuǎn)母線架構(gòu)）中的何種構(gòu)架。對(duì)于大功率計(jì)算系統(tǒng)和服務(wù)器供電這樣的系統(tǒng)，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)背板由 48V或更高的電壓作為母線，K且把 48V電壓轉(zhuǎn)換到所需的 POL電壓時(shí)，更具有效率優(yōu)勢(shì)。

　　圖 1和圖 2分別以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖的形式顯示了典型的 DPA和 IBA構(gòu)架拓?fù)?。DPA將輸入的交流電（AC）轉(zhuǎn)換為 36V-75V或 36V-60V窄范圍的直流電壓（DC）。

每個(gè)負(fù)載輸出電壓由與負(fù)載電流大小相的隔離DC-DC轉(zhuǎn)換器供電。通常，這種方法的成本極高，所需的電路板面積也極大。但由于“串級(jí)”轉(zhuǎn)換階數(shù)較少，輸入母線分布損耗較低，因此能夠產(chǎn)生極高的整體效率。IBA架構(gòu)致力于減少電路板面積和DPA架構(gòu)的成本。這種方法將交流電轉(zhuǎn)換為與 DPA相同的寬范圍或窄范圍的直流電。對(duì)于寬范圍要求，采用夯虬敕菏?、隔离内s咦換器（IBC）將高電壓降到窄范圍非隔離點(diǎn)負(fù)載轉(zhuǎn)換器（NiPOL）相對(duì)于占空比和效率而言的平均最佳點(diǎn)。每個(gè) NiPOL工作在此母線電壓下，并且產(chǎn)生每個(gè)負(fù)載所需的穩(wěn)定輸出電壓。對(duì)于窄范圍情況，為NiPOL供電的隔離式 DC-DC轉(zhuǎn)換器可以是半夯蟶踔鐐耆不菏?。?IBA拓?fù)涠?，窄范圍的半夯蟯耆不菏劍具有極高的功率密度和效率；而對(duì)于寬范圍的夯虬敕菏劍具有較低的效率和功率密度。在不呵榭魷攏每個(gè) NiPOL的輸入電壓變化1/K， K是 IBC的降壓比率。IBA的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)使用較小的 NiPOL和一級(jí)隔離電源，將電源系統(tǒng)的整體尺寸和成本降至最低。小型NiPOL可以靠近點(diǎn)負(fù)載，顧名思義是得到更好的瞬態(tài)響應(yīng)。與 DPA相比，IBA的每路電壓有兩級(jí)轉(zhuǎn)換，分布損耗以中轉(zhuǎn)母線電流的平方增加，因此它的缺點(diǎn)是系統(tǒng)整體效率較低。這種構(gòu)架的效率很難做高，是因?yàn)橹修D(zhuǎn)母線電壓比 DPA拓?fù)涞退谋兑陨希虼藢?duì)于給定的輸出功率產(chǎn)生更高的中轉(zhuǎn)母線電流。此外，每個(gè) NiPOL的中轉(zhuǎn)母線電壓不會(huì)產(chǎn)生最佳的效率。

　　結(jié)合 DPA和IBA兩者的優(yōu)勢(shì)

　　如果將 DPA和 IBA拓?fù)鋬烧叩膬?yōu)勢(shì)相結(jié)合，將會(huì)如何？如果系統(tǒng)總體尺寸能夠進(jìn)一步降低但對(duì)效率不造成明顯的影響，同時(shí)仍然保留直接向點(diǎn)負(fù)載供電的能力，某些系統(tǒng)的功率配置便可通過(guò)縮小尺寸或 減少所需的轉(zhuǎn)換階數(shù)而受益。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，隔離式 DC-DC轉(zhuǎn)換器需要經(jīng)歷又一個(gè)突破性發(fā)展。

　　最近這種技術(shù)革新已獲得突破性發(fā)展。 Cool-PowerTM PI3101隔離式 DC-DC轉(zhuǎn)換器是高性能電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品系列的一部分。PI3101是一款 3.3V輸出，60W超高功率密度的隔離式 DC-DC轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生 400W/in 3和 106W/in 2這種前所未有的功率密度，同時(shí)工作在 36V-75V寬輸入電壓范圍內(nèi)。高效率軟開(kāi)關(guān)電源架構(gòu)與創(chuàng)新的集成式功率系統(tǒng)級(jí)封裝（PSiP）概念相結(jié)合，使隔離式 1/16磚電源封裝尺寸縮小一半以上，如圖3和圖4所示。

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