一文了解中間總線結(jié)構(gòu)

電源管理技術(shù)大約在五年前便進(jìn)入一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，這是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看的。對(duì)于臺(tái)式的電信及數(shù)據(jù)通信設(shè)備來(lái)說(shuō)，利用風(fēng)扇散熱的散熱方式已到了成效無(wú)法進(jìn)一步突破的極限。

這些年來(lái)通信設(shè)備的帶寬不斷提高，信息內(nèi)容也越來(lái)越多樣化，但仍然無(wú)法滿足廣大用戶的要求。用戶的要求越高，通信設(shè)備便要加設(shè)更多數(shù)字信號(hào)處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列以及數(shù)字特殊應(yīng)用集成電路，以致負(fù)載數(shù)目越來(lái)越多，加上負(fù)載本身也越趨復(fù)雜，令傳統(tǒng)的電源分配結(jié)構(gòu)無(wú)法滿足新功能的供電要求。圖1所示的傳統(tǒng)式電源分配結(jié)構(gòu)采用已隔離的多輸出模塊式直流/直流轉(zhuǎn)換器(磚塊)，而且每張插卡分別設(shè)有自己的轉(zhuǎn)換器。這個(gè)結(jié)構(gòu)的每一負(fù)載電流都相當(dāng)高，令每一轉(zhuǎn)換器磚塊與每一負(fù)載點(diǎn)之間的個(gè)人電腦電路板線跡出現(xiàn)IR壓降，導(dǎo)致電壓極不穩(wěn)定。

解決辦法是將隔離屏障、降壓及負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓分為兩個(gè)不同的轉(zhuǎn)換級(jí)，以取代多輸出轉(zhuǎn)換器磚塊。這個(gè)結(jié)構(gòu)上的改變(參看圖2)也有其本身的問(wèn)題要解決;例如，每一轉(zhuǎn)換級(jí)必須占用不超過(guò)原有解決方案體積的一半空間，而且整體來(lái)說(shuō)串行組合也必須能夠發(fā)揮更高的效率。

這個(gè)結(jié)構(gòu)一般采用成本較低而穩(wěn)壓效果較差的初級(jí)轉(zhuǎn)換級(jí)執(zhí)行絕緣及降壓功能，而負(fù)載點(diǎn)附近則另有效率較高的高精度次級(jí)轉(zhuǎn)換級(jí)。這個(gè)初級(jí)轉(zhuǎn)換級(jí)稱為中間總線轉(zhuǎn)換器(IBC)。一般來(lái)說(shuō)，中間總線轉(zhuǎn)換器會(huì)為變壓器設(shè)定“伏×秒”這個(gè)恒定乘積，以穩(wěn)定線路電壓，但負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓的效果一般都差強(qiáng)人意，電壓波幅一般約為±10%。

整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程通常就在初級(jí)線圈內(nèi)完成，初級(jí)線圈更負(fù)責(zé)監(jiān)控由初級(jí)線圈按照匝數(shù)比反射至輔助線圈的輸出電壓。系統(tǒng)啟動(dòng)后，輔助線圈也會(huì)為初級(jí)線圈控制電路、驅(qū)動(dòng)電路及穩(wěn)壓電路提供供電。相比之下，設(shè)于負(fù)載點(diǎn)的穩(wěn)壓器可以為負(fù)載提供極穩(wěn)定的穩(wěn)壓效果，電壓波幅一般不會(huì)超過(guò)±1%，而且不用隔離。電信系統(tǒng)的初級(jí)線圈電源分配總線都在-36至-72伏的電壓范圍內(nèi)操作，而數(shù)據(jù)通信設(shè)備的總線則在+43至53伏的電壓范圍內(nèi)操作。中間總線的操作電壓通常介于8至14伏之間。

電源分配結(jié)構(gòu)出現(xiàn)這樣重大的改變之后，集成電路、穩(wěn)壓器及模塊式直流/直流轉(zhuǎn)換器也受其影響而飛速發(fā)展。最近業(yè)界更積極討論為負(fù)載點(diǎn)穩(wěn)壓器制定一個(gè)業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

目前業(yè)界已成立了三個(gè)聯(lián)盟組織(電源分配開放式標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟(DOSA)、負(fù)載點(diǎn)聯(lián)盟(POLA)以及電源制造商商會(huì)(PSMA)的板上貼裝電源(BMPS)計(jì)劃，努力為封裝及接口制定通用的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)發(fā)展也導(dǎo)致供應(yīng)鏈出現(xiàn)微妙的變化，部分供應(yīng)商開始推出與以往不同的產(chǎn)品。例如，半導(dǎo)體制造商開始生產(chǎn)模塊式功率轉(zhuǎn)換器，而電源供應(yīng)器制造商開始自行設(shè)計(jì)硅片并在這個(gè)基礎(chǔ)上推出采用CSP封裝的穩(wěn)壓器。

圖：中間總線結(jié)構(gòu)每一轉(zhuǎn)換級(jí)的體積必須不可超過(guò)原有解決方案體積的一半