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80年代，零電流開關準諧振轉換技術面世，生產廠家構思出一種磚型的功率轉換元件。成為非常靈活的電源元件，取代了大部份客制電源。從此，電源元件工業便誕生了。最近，電源界又發生相類似的突破，又一種新功率轉換技術出現了。它的開關頻率達 3.5 MHz，體積只有晶片般大小，把電源模塊提升到另一層次。分比式功率架構，帶來了前瞻性的優勢。 舉例，設計師的重點是為系統或應用供電，但不想系統空間被不必要的轉換功能占去。集中式電源架構能有效地運用電路板。但現在的負載要求趨向低電壓、高電流，集中式電源不能有效地把功率分布出去。同樣，分布式電源同時有優點和缺點。它直接為負載供電，但同時帶來重量、體積以及散熱等問題。最近期的架構是中轉母線轉換，它利用非隔離負載點轉換器為負載供電，為了節省成本，把隔離和大比例的電壓轉換移到母線轉換器。但是，母線轉換器必須靠近負載點轉換器，以低壓供電。 圖1 – 傳統磚式模塊提供穩壓、變壓和隔離 分比功率架構 (FPA)，克服了這些缺點，使電源轉換技術進入新時代。分比功率架構把三項基本轉換功能：穩壓、變壓和隔離；分別置于兩個電源模塊里 (圖3)。預穩壓模塊 (PRM) 提供穩壓，它被設置于電壓轉變模塊 (VTM) 上端，而電壓轉變模塊 (VTM) 具變壓和隔離功能。 圖2 – 中轉母線架構 (IBA) 把穩壓但非隔離的基本功能分配到負載點 圖3 - 分比功率架構 (FPA) 把變壓和隔離的功能分配到負載點 分比功率架構透過把三項基本轉換功能；分別置于兩個電源模塊里來加強電源系統的靈活性。這架構可靈活部署，電源設計師在需要時可以把 PRM 和 VTM 結合來使用。同樣可以把 PRM 從電路板上移走，只把 VTM 設于負載點。事實上，因為 VTM可以轉換相對較高的電壓，電壓可以最低功耗 I2R來分布，而 PRM 可遠離負載或甚至放于另一塊電路板上。所以，電源設計師輕易地按著應用來選擇合適的設置。 VTM 提供變壓和隔離的功能。VTM 可因應 k 因素的不同、或轉換比率來倍大或降低電壓。 非隔離的 PRM 可接受寬廣的輸入電壓及把它轉換為一個穩壓的分比母線。PRM 的工作效率很高，一般在 97 – 99% 范圍 (典型值)。輸入電壓越接近分比電壓，效率便越高。以一個 48 V 系統為例，36 – 75 V 輸入范圍，輸出在 48 V 左右，效率可達到 99%。 分比功率架構利用隔離的 VTM 作為負載點轉換器；把 VTM 靠近負載點可使轉換效率非常高，減少分布功耗及改善效率。 高頻率分比功率架構晶片 (圖4)，使用軟開關零電流/零電壓開關技術，給設計師提供許多好處。首先，晶片體積細小、重量輕，功率密度非常高。非常薄身；距離基板小于 0.25” (6 mm)，可靈活配置于電源系統內。單一個 PRM 在 48 V 輸出時，最高功率可達 200 W，VTM 在高壓應用最高可達 200 W，低壓應用亦可達 100 A。由一個 PRM 及一個 VTM 組成的分比式功率架構，功率密度可達400 W/in3。 圖4 - 分比功率架構晶片尺寸的體積是 1.26 x 0.85 x 0.24吋 (32 x 21.5 x 6 mm)；重 0.43安士 (12.25g)。 相比開關頻率在 MHz 范圍內硬開關模塊，這些晶片把傳導和輻射噪聲降至非常低的水平。系統設計師容易地把隔離的 VTM 設置于負載點，不需擔心開關噪聲和接地回路。 無需多加濾波電容器，VTM 的輸出紋波小于 1%。VTM 用軟開關技術，工作頻率達 3.5 MHz，減低分布電感，加上優良的連接，只需外加細小的旁路電容，輸出紋波可以降至負載電壓的 0.1%。 軟開關技術可以克服開關頻率障礙，令EMI 濾波變得簡單、輕松以及較便宜。 PRM 接受一個寬廣范圍的電壓及把電壓轉換成分比母線 ── 一個受控的電壓源，效率達 97 - 99%。VTM 把分比母線電壓轉換成的負載電壓，可以升壓或降壓，效率高達 97%。VTM 同時提供輸入、輸出隔離。 一個由 PRM 及 VTM 組成的供電系統，由一個不穩壓的 DC 電源提供一個低壓 DC 輸出，系統的典型效率是 90 - 95%。在很多情況下，滿載時效率可超出 95%。 由于晶片的開關頻率高達 3.5 MHz，加上整個元件的設計都追求反應快速，VTM 可在 200 納秒內對任何幅度的負載變化作出反應，并在 1 微秒內返回。這比起最快的磚式模塊還要快上 20倍。就算專為滿足微處理器動態需求而設計的多路 VRM 都不及VTM 反應快速。 |
