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采用分比式功率架構模塊構建靈活高效的電源系統(tǒng)

摘要： Vicor公司的分比式功率架構模塊產(chǎn)品包括預穩(wěn)壓模塊(PRM),、電壓轉(zhuǎn)變模塊(VTM)及中間總線轉(zhuǎn)換模塊(BCM),，額定輸出功率均為300W，功率密度高達875W/in3，比磚式模塊高出5倍,。

關鍵詞： 電源管理功率架構電源系統(tǒng) 分比式

Abstract：

Key words :

　　Vicor公司的分比式功率架構模塊產(chǎn)品包括預穩(wěn)壓模塊(PRM)、電壓轉(zhuǎn)變模塊(VTM)及中間總線轉(zhuǎn)換模塊(BCM),，額定輸出功率均為300W,，功率密度高達875W/in3，比磚式模塊高出5倍,。分比式功率架構將電源系統(tǒng)的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致,，它把系統(tǒng)的靈活性、功率密度,、轉(zhuǎn)換效率,、瞬變反應、噪聲表現(xiàn)及可靠性等性能提升到最高的層面,。

　　分比功率架構系統(tǒng)由PRM及VTM組成,，功率密度達350W/in3。由于VTM可轉(zhuǎn)換較高壓的分比總線而減少了I2R損耗,，因此PRM也可安裝在離負載較遠或甚至安裝在別的電路板上,，并且在負載點上(POL)只需裝上VTM便可使負載點的功率密度超過875W/in3。

　　分比式功率架構由VI芯片實現(xiàn),。VI芯片引腳有J引腳款式,，適合板上表貼安裝，可傳送100A電流到負載點。VI芯片為同類產(chǎn)品在效率,、負載反應及噪聲方面的表現(xiàn)奠定了基礎,。

基本FPA VIC連接

圖1：基本FPA VIC連接

　　高效率

　　PRM和VTM的效率高達99%和97%。PRM是VI芯片的其中一員,；它可接受較寬的輸入電壓并轉(zhuǎn)換至分比總線,，變?yōu)槭芸氐碾妷涸矗矢哌_97%至99%,。VI芯片的另一成員是電壓轉(zhuǎn)變模組(VTM),；它把分比總線電壓轉(zhuǎn)換至負載點電壓?D?D可升壓或降壓，效率高達97%,。而且VTM更擁有輸入與輸出間的隔離,。用PRM和VTM組成電源系統(tǒng)，非穩(wěn)壓的直流源轉(zhuǎn)換至直流低壓輸出后,，總效率一般達到90%至95%,。而在很多情況下，即使是滿載工作,，總效率也可能超過95%,。

一個PRM接多個VTM

圖2：一個PRM接多個VTM

　　靈活的電源

　　分比式功率架構能賦予供電系統(tǒng)史無前例的靈活性，并可有效地提高系統(tǒng)密度和效率,，組成便宜可靠的電源系統(tǒng),。

　　VI芯片和分比功率的大前提是增加電源系統(tǒng)的靈活性。相比分布式電源架構的DC/DC轉(zhuǎn)換器,，后者集三項基本轉(zhuǎn)換功能(隔離,、轉(zhuǎn)變及穩(wěn)壓)于磚型模快中,，但性能表現(xiàn)或價格還是不能滿足用戶的要求,。而中間總線架構(IBA)中的非隔離負載點轉(zhuǎn)換器(niPOL)則放棄了隔離及高比電壓轉(zhuǎn)換，這改善了價格的問題,。但是這些轉(zhuǎn)換器必須依賴中轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器,，而且它們的位置必須靠近，并提供低壓功率(輸入),，因而使對過壓敏感的負載容易受損壞,，并且產(chǎn)生較大的地面回路噪聲。

用VTM作為中間總線轉(zhuǎn)換器

圖3：用VTM作為中間總線轉(zhuǎn)換器

　　而分比式功率架構中的VI芯片克服了這些問題,，把“穩(wěn)壓”與“隔離及轉(zhuǎn)換”功能分開,。穩(wěn)壓是由VTM前面的PRM提供，而VTM則作為隔離及電壓轉(zhuǎn)換(可作任何比例轉(zhuǎn)變)并且可在負載點上工作,。因此任何情況下,，或在任何地方,，只要有需要，都可使用分比功率架構和VI芯片,。分比功率架構可取代集中式,、分布式及中間總線式架構從而獲得更靈活、便宜及高效的電源系統(tǒng),。而PRM及VTM的配對數(shù)目只需根據(jù)輸出電壓的數(shù)目,、功率、個別的穩(wěn)壓或系統(tǒng)的容錯要求增減,，而且VTM及PRM VI芯片還可并聯(lián),，組成均流的高功率或帶冗余功能的電源系統(tǒng)。

VTM應用

圖4：VTM應用：開環(huán)

　　反應快速的電源

　　今天,，很多負載的共同要求不單是更高的電流,，而且需要更快的瞬態(tài)響應。VTM對不論大小的負載瞬態(tài)的響應時間,，都少于1μs,。這是比任何擁有最快響應速度的磚型模塊快20倍,。VTM采用3.5MHz的等效開關頻率及其專利的拓撲技術,，速度響應遠遠高于一般的次兆赫硬開關轉(zhuǎn)換器。即使是專為最先進微處理器的動態(tài)要求而設計的多相位電壓穩(wěn)壓模塊(VRM),，也不及VTM優(yōu)越的快速功率處理,。

VTM應用

圖5：VTM應用：開環(huán)并聯(lián)

　　由于VTM具有高帶寬性能，因此無需使用負載點上大而笨重的旁路電容,。即使不加旁路電容,，VTM對負載、瞬變響應時,，只出現(xiàn)極有限的抖動,。只需加上細小而且低ESR/ESL值的陶瓷電容，就能足夠消除瞬態(tài)電壓過沖,。

VTM應用

圖6：VTM應用：開環(huán),，與DC/DC轉(zhuǎn)換器連用

　　低噪聲的電源

　　3.5MHz的軟開關將噪聲限制到極低的水平，可免除使用大而笨重及昂貴的濾波器,。

　　在電氣功率處理中,，VI芯片獲得的是 “整潔”輸出。由于采用了一個新穎的,、專利的軟開關(零電流/零電壓)拓樸,，VI芯片實際上已消除了在硬開關、半次兆赫的磚型模塊所產(chǎn)生的傳導及輻射噪聲,，而這些噪聲是鄰近而又高敏感電路所不能容忍的,。系統(tǒng)工程師因此可以將隔離式的VTM放置于更接近負載點的位置上,，并且不太需要擔憂開關噪聲及地面回路的問題。在沒有外加濾波電容時,，VTM的輸出紋波少于1%,。由于3.5MHz的軟開關極巧妙地應用了連接器上的分布電感，只需加很少的陶瓷旁路電容于負載點上,，便可把輸出紋波衰減至0.1%,。由于采用軟開關技術，克服了開關頻率的障礙,，系統(tǒng)內(nèi)的EMI濾波器得以簡化,，可縮少及降低成本。VI芯片就是這樣利用高頻軟開關來獲得噪聲衰減的好處的,。

VTM應用