La solución preferida ha sido generar uno o más buses intermedios para la distribución a un voltaje más alto, donde para una potencia dada, las pérdidas óhmicas son menores; por ejemplo, 16 veces menores para 48 V en comparación con 12 V, ya que la corriente es una cuarta parte. A esto le sigue la conversión descendente al voltaje final con convertidores CC-CC adicionales en el punto de carga (PoL), VRM (módulos reguladores de voltaje) o, cada vez más, IPS (etapas de potencia integradas), que combinan las llamadas etapas de potencia inteligentes con el inductor de salida necesario y componentes adicionales. Ahora hay que tomar decisiones: ¿cuál es el voltaje óptimo del bus, qué etapas deben aislarse y cuáles deben regularse?
La etapa inicial de CA/CC para generar la primera tensión del bus del rack debe estar aislada para cumplir con las normas de seguridad. Posteriormente, si las tensiones son inferiores a 60 V, el aislamiento se realiza por razones funcionales: para evitar bucles de tierra, mitigar problemas de EMI y permitir una caída de tensión significativa a través de las espiras del transformador. Por lo tanto, 48 V, con sus tolerancias, es una buena opción y una tensión adecuada para el respaldo de la batería.
Algunos esquemas como en nuestro BMR492 Tienen una "relación regulada híbrida" y mantienen una relación fija hasta cierto voltaje de entrada, momento en el que entra en acción la regulación para limitar la variación general del voltaje de salida, manteniendo al mismo tiempo una alta eficiencia general. De manera similar, si se omite el aislamiento, se pueden utilizar circuitos de "condensadores conmutados" de alta eficiencia como un IBC, como los módulos de potencia Flex.‘ BMR310, pero nuevamente restringido a una relación fija que en este caso debe ser un número entero (4:1). Alternativamente, partes no aisladas y no reguladas como los módulos de potencia Flex’ BMR313/314, utilizando su topología de 'transformador de CC resonante (DCX)', pueden lograr una eficiencia superior a 97% a una potencia nominal de 1 kW con una relación de conversión de 4:1.
Afortunadamente, los avances en la topología PoL y los interruptores semiconductores han permitido que sean más eficientes incluso con rangos de entrada más amplios y altas relaciones de reducción hasta los niveles inferiores a 1 V que se observan actualmente, por lo que el diseñador del sistema ahora tiene una mayor variedad de opciones. Por ejemplo, un IBC con un rango de entrada de 40 V a 60 V CC puede generar una salida de 10 a 15 V CC (4:1); de 8 a 12 V CC (5:1); de 6,7 a 10 V CC (6:1); de 5 a 7,5 V CC (8:1); o de 4 a 6 V CC (10:1). Los voltajes más altos del IBC pueden resultar en una menor corriente y un diseño de PCB más sencillo, mientras que los voltajes más bajos pueden resultar en una mayor eficiencia operativa para los PoL, VRM o IPS posteriores. Estos se pueden elegir con un rango de entrada que coincida con el que presente la mejor eficiencia para una carga determinada. Un ejemplo de combinación podría ser la relación 8:1 de 400 W. BMR320 y la próxima etapa de potencia integrada BMR515 de 16 fases, optimizada para una entrada de 4,5 a 7,5 V. Esta combinación podría suministrar hasta 670 A a voltajes de 0,5 a 0,9 V a una GPU, por ejemplo, y también ser capaz de suministrar corrientes pico durante cortos periodos de tiempo.
A medida que aumenta el consumo de energía en la carga final, se pueden utilizar técnicas para mantener una alta eficiencia. Por ejemplo, los convertidores reductores PoL multifásicos pueden tener una eficiencia optimizada en un rango de carga más amplio, y los dispositivos finales con un consumo de energía particularmente alto pueden tener su propia "isla de potencia" con un bus intermedio de dos etapas dedicado, diseñado para lograr la máxima eficiencia. La eficiencia de los PoL también se puede optimizar con interruptores MOSFET que tengan la tensión nominal mínima requerida, ya que la resistencia de encendido se reduce naturalmente con dispositivos de menor tensión nominal, en igualdad de condiciones. Los fabricantes de MOSFET han reconocido este hecho y ofrecen cada vez más dispositivos de 15 V que se ajustan a tensiones de bus más bajas y, como ventaja adicional, pueden conmutar a mayor frecuencia, lo que reduce el tamaño de los inductores y condensadores y las pérdidas internas. Esto puede liberar espacio en la placa de circuito impreso para el uso de PoL multifásicos con sus propias mejoras de eficiencia.
Se necesita una visión holística para lograr la mejor eficiencia general del sistema.
En algunos escenarios específicos, un análisis de eficiencia y rendimiento requerido puede mostrar que la "conversión directa" de 48 V a una salida tan baja como 0,5 V puede producir una mayor eficiencia y un menor tamaño y coste del sistema que la combinación de IBC y PoL, los módulos de potencia Flex.‘ BMR482 es un buen ejemplo.
Los últimos avances tecnológicos de los módulos de potencia Flex han ampliado las opciones disponibles para los diseñadores de sistemas, quienes ahora pueden adoptar una visión integral del sistema y elegir dónde, y si, se necesita aislamiento y regulación, para lograr la mejor eficiencia y funcionalidad generales.
