使用固定比率轉(zhuǎn)換器提高供電網(wǎng)絡效率

許多電源系統(tǒng)設(shè)計人員將穩(wěn)壓的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器視為整體設(shè)計的關(guān)鍵。但將合適的電壓提供給負載點穩(wěn)壓器，不一定都需要 PDN 穩(wěn)壓，或者對于中間配電母線電壓而言 PDN 穩(wěn)壓并不那么重要。考慮這一點時，電源系統(tǒng)工程師應該考慮應用固定比率 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，它可顯著的提升PDN 的整體性能。

如何優(yōu)化供電網(wǎng)絡

PDN 性能通常以功耗、瞬態(tài)響應、物理尺寸、重量及成本來衡量。影響 PDN 性能的一個主要設(shè)計挑戰(zhàn)是電壓轉(zhuǎn)化的比例和高精度的線/負載調(diào)整率。工程師花了大量的時間來處理大量不同的輸入/輸出 電壓轉(zhuǎn)化率，動態(tài)調(diào)整率以及分布特性來提高性能和可靠性。

如果系統(tǒng)負載功耗處于千瓦級范圍內(nèi)，采用高壓設(shè)計大容量 PDN，可減少在系統(tǒng)中的電流等級 (P=V?I)，因此可以縮小 PDN 尺寸，減輕重量并降低成本(線纜、母線排、主板銅箔電源層)(PLOSS = I2R)。在轉(zhuǎn)換為低壓/大電流前，最大限度延長高電壓運行時長，盡可能接近負載，是一大優(yōu)勢。

但要讓高壓、高功率 PDN 接近負載，則需要具有高效率及高功率密度的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。如果輸入至輸出電壓轉(zhuǎn)換比例很大，例如 800V 或 400V 轉(zhuǎn) 48V，最高效率的轉(zhuǎn)換器是提供非穩(wěn)壓的固定比率轉(zhuǎn)換器。這些高效率的轉(zhuǎn)換器，不僅可提供更高的功率密度，而且還因較低的功耗，可提供更便捷的熱管理。

何為固定比率轉(zhuǎn)換器?

固定比率轉(zhuǎn)換器的工作原理與變壓器類似，但它執(zhí)行的不是 AC-AC 轉(zhuǎn)換，而是 DC-DC 轉(zhuǎn)換，輸出電壓為 DC 輸入電壓的固定比例。與變壓器一樣，這種轉(zhuǎn)換器不提供輸出電壓穩(wěn)壓，輸入至輸出變壓由器件的“匝數(shù)比”決定。該匝數(shù)比稱為 K 因數(shù)，表示為一個相對于其電壓降壓能力的分數(shù)。K 因數(shù)從 K=1 到 K=1/72 不等，可根據(jù) PDN 架構(gòu)及 PoL 穩(wěn)壓器設(shè)計規(guī)范進行選擇。

圖A：雙向固定比率轉(zhuǎn)換器的工作原理。 K=1/16 的降壓換器，也可用作 K=16/1 的升壓轉(zhuǎn)換器。

固定比率轉(zhuǎn)換器可以是隔離的，也可以不是隔離的，而且可通過反向電壓轉(zhuǎn)換實現(xiàn)雙向功率流。例如，一款支持雙向功能的 K=1/16 固定比率轉(zhuǎn)換器可以作為一款 K=16/1 的升壓轉(zhuǎn)換器。

額外的設(shè)計靈活性包括易于并聯(lián)(可滿足更高功率的電源要求)和串聯(lián)轉(zhuǎn)換器輸出的選項(可通過有效改變 K 因數(shù)，提供更高的輸出電壓)等。