目前首选的解决方案是生成一个或多个中间母线,用于以更高的电压进行配电。在给定功率下,48V 的欧姆损耗比 12V 低 16 倍,因为电流只有 12V 的四分之一。之后,通过进一步的‘负载点’(PoL)DC-DC 转换器、VRM(电压调节模块)或日益普及的 IPS(集成功率级)将电压降频至最终电压。IPS 将所谓的智能功率级与必要的输出电感和其他元件集成在一起。现在需要做出一些选择:最佳母线电压是多少?哪些级需要隔离?哪些级需要稳压?
为满足安全标准,用于产生第一级机架母线电压的初始AC-DC转换级必须进行隔离。但之后,如果电压低于60V,则隔离主要出于功能性考虑,例如消除接地回路、缓解电磁干扰以及通过变压器匝数实现大幅度降压。因此,48V电压及其容差范围是一个不错的选择,也是电池备用电源的理想选择。.
有些方案,例如我们…… BMR492 它们采用‘混合稳压比’,在输入电压达到一定值之前保持固定比例,之后稳压功能介入,以限制整体输出电压波动,同时保持较高的整体效率。类似地,如果省略隔离,可以使用高效的‘开关电容’电路作为IBC(输入/输出控制电路),例如Flex功率模块。’ BMR310, 但同样,其比例必须固定,且必须是整数(4:1)。或者,也可以使用非隔离和非稳压部件,例如 Flex 功率模块。’ BMR313/314, 采用‘谐振直流变压器(DCX)’拓扑结构,在 1kW 额定功率下可实现超过 97% 的效率,转换比为 4:1。.
幸运的是,PoL拓扑结构和半导体开关技术的进步使得即使在更宽的输入范围和更高的降压比(例如目前常见的低于1V的电压)下,PoL也能保持更高的效率,从而为系统设计人员提供了更广泛的选择。例如,输入范围为40V–60VDC的IBC可以输出10–15VDC (4:1)、8–12VDC (5:1)、6.7–10VDC (6:1)、5–7.5VDC (8:1)或4–6VDC (10:1)。较高的IBC电压可以降低电流并简化PCB布局,而较低的IBC电压则可以提高下游PoL、VRM或IPS的运行效率。因此,可以根据给定负载选择合适的输入范围,以实现最佳效率。例如,一个8:1降压比的400W负载组合可能就是一个不错的选择。 BMR320 以及即将推出的 BMR515 16 相集成功率级,该功率级针对 4.5–7.5V 输入进行了优化。例如,该组合可以在 0.5–0.9V 的电压下为 GPU 提供高达 670A 的电流,并且能够在短时间内提供峰值电流。.
随着终端负载功耗的进一步增加,可以采用一些技术来保持高效率。例如,多相 PoL 降压转换器可以在更宽的负载范围内实现优化的效率,而对于功耗特别高的终端设备,可以设置一个独立的‘电源岛’,配备专用的两级中间总线,以实现最佳效率。此外,还可以通过使用额定电压刚好满足最低要求的 MOSFET 开关来优化 PoL 的效率,因为在其他条件相同的情况下,额定电压越低,导通电阻自然越低。MOSFET 制造商已经意识到这一点,并越来越多地提供 15V 器件,这些器件与更低的总线电压相匹配,并且能够以更高的频率开关,从而减小电感器和电容器的尺寸并降低内部损耗。这可以释放 PCB 面积,用于使用具有更高效率的多相 PoL。.
要达到最佳的整体系统效率,需要采取整体视角。
在某些特定情况下,效率和所需性能分析表明,与 IBC 和 PoL 的组合相比,将 48V 直接转换为低至 0.5V 的输出,可以带来更高的效率、更小的系统尺寸和成本,例如 Flex 电源模块。‘ BMR482 就是一个很好的例子。.
Flex 电源模块的最新技术进步拓宽了系统设计人员的选择范围,他们现在可以采取‘整体’系统视角,并选择在何处以及是否需要隔离和调节,以实现最佳的整体效率和功能。.