结合DPA和IBA两者优势的新型功率系统级封装的隔离 DC-DC 转换器

　　简介

　　先进的电信与无线架构、网络与通信技术及高速服务平台等终端系统需要持续不断的改善良更新产品,随着市场的要求, 出现了更新、更快的 ASIC、DSP、FPGA、高速微处理器和存储设备电源行业也需要作出相应的调整. 这些器件改变了电源规格的要求,需要提供多路工作电压、更高的瞬态电流要求、更小的元件尺寸。但是由于技术上若干固有的限制，使得电源的发展也受到制约。一般而言，电源系统不会为整体系统提供主要卖点，因为系统必须有电源供电，并且终端应用是处理数据而并非产生电压和电流。如果电源系统占太多的空间，那么增加到终端产品具有竞争优势的一些其他技术特征就可能会被削弱或者完全忽略。为解决这些问题，系统设计者一直努力设计一种最佳类型的分布式电源系统以满足系统需求，同时仍然保持高效、可靠、低成本的特点，灵活地适应快速变化的需求。

　　多种选择

　　今天，有多种电源构架方案可以选择。对于工作在36V-75V 正常电压范围的电信系统，一般而言，会按功率等级和电压轨的数量决定是使用 DPA (分布式电源架构)或 IBA(中转母线架构)中的何种构 架。对于大功率计算系统和服务器供电这样的系统，有经验的设计师发现系统背板由 48V 或更高的电压作为母线，并且把 48V 电压转换到所需的 POL电压时，更具有效率优势。

　　图 1 和图 2 分别以简化结构框图的形式显示了典型的 DPA 和 IBA 构架拓扑。DPA 将输入的交流电(AC)转换为 36V-75V 或 36V-60V 窄范围的直流电压(DC)。

　　每个负载输出电压由与负载电流大小相应的隔离DC-DC 转换器供电。通常，这种方法的成本极高，所需的电路板面积也极大。但由于“串级”转换阶数较少，输入母线分布损耗较低，因此能够产生极高的整体效率。IBA 架构致力于减少电路板面积和DPA 架构的成本。这种方法将交流电转换为与 DPA相同的宽范围或窄范围的直流电。对于宽范围要求，采 用稳压或半稳压式、隔离母线转换器(IBC)将高电压降到窄范围非隔离点负载转换器(NiPOL )相对于占空比和效率而言的平均最佳点。每个NiPOL 工作在此母线电压下，并且产生每个负载所需的稳定输出电压。对于窄范围情况，为NiPOL 供电的隔离式 DC-DC 转换器可以是半稳压或甚至完全不稳压式。就 IBA 拓扑而言，窄范围的半稳压或完全不稳压式，具有极高的功率密度和效率;而对于宽范围的稳压或半稳压式，具有较低的效率和功率密度。在不稳压情况下，每个 NiPOL 的输入电压变化 1/K，K 是IBC 的降压比率。IBA 的优势是通过使用较小的 NiPOL 和一级隔离电源，将电源系统的整体尺寸和成本降至最低。小型 NiPOL 可以靠近点负载，顾名思义是得到更好的瞬态响应。与 DPA 相比，IBA 的每路电压有两级转换，分布损耗以中转母线电流的平方增加，因此它的缺点是系统整体效率较低。这种构架的效率很难做高，是因为中转母线电压比 DPA 拓扑低四倍以上，因此对于给定的输出功率产生更高的中转母线电流。此外，每个 NiPOL 的中转母线电压不会产生最佳的效率。