电源分配结构的三大转变为电源管理技术开创新局面
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:478
    
    
    随着信息系统结构的急剧发展,电源分配结构也出现翻天覆地的改变,本文主要讨论电源分配结构三方面的转变,包括:中间总线结构、数字控制技术以及采用负载点电源管理技术的新趋势。
    
    由于系统设计工程师不断提高转换器的性能及功率密度,因此传统功率转换技术渐渐被中间总线结构(iba)这类全新的电源分配结构所取代。中间总线结构是最新推出的结构,可以控制复合式电源系统内多条不同的低电压供电干线。这类复合式电源系统一般都会采用asic、数字信号处理器(dsp)及现场可编程门阵列(fpga),是电信系统、汽车电子系统及工业应用系统普遍采用的电源供应系统。
    
    
    
    图1:传统式电源分配结构采用已隔离的多输出模块式直流/直流转换器,而且每张插卡分别设有自己的转换器,但仍然无法满足日益增多的要求。
    
    iba结构采用隔离的总线转换器,由高压电源分配干线提供供电,并通过典型电压介于8伏至14伏之间的“中间”低压配电总线为负载点的多个非隔离稳压器提供馈电。由于iba结构采用两级的功率转换,因此总线转换器及负载点稳压器必须更有效率,而且体积必须更为小巧,确保能够安装在面积较小的电路板上,只有这样iba结构才可充分发挥其优势,成为远比一级电源分配系统优胜的另一选择。
    
    本文主要讨论电源分配结构三方面的转变:例如中间总线结构的面世;数字控制技术的出现;以及采用负载点电源管理技术的新趋势。以上的每一个转变都可视为电源分配技术的一个新突破,让系统的使用寿命和性能可以提高至前所未有的水平。
    
    中间总线结构
    
    从系统设计的角度看,电源管理技术大约在五年前便进入一个转折点。对于台式的电信及数据通信设备来说,利用风扇散热的散热方式已到了成效无法进一步突破的极限。
    
    这些年来通信设备的带宽不断提高,信息内容也越来越多样化,但仍然无法满足广大用户的要求。用户的要求越高,通信设备便要加设更多数字信号处理器、现场可编程门阵列以及数字特殊应用集成电路,以致负载数目越来越多,加上负载本身也越趋复杂,令传统的电源分配结构无法满足新功能的供电要求。图1所示的传统式电源分配结构采用已隔离的多输出模块式直流/直流转换器(砖块),而且每张插卡分别设有自己的转换器。这个结构的每一负载电流都相当高,令每一转换器砖块与每一负载点之间的个人电脑电路板线迹出现ir压降,导致电压极不稳定。
    
    解决办法是将隔离屏障、降压及负载点稳压分为两个不同的转换级,以取代多输出转换器砖块。这个结构上的改变(参看图2)也有其本身的问题要解决;例如,每一转换级必须占用不超过原有解决方案体积的一半空间,而且整体来说串行组合也必须能够发挥更高的效率。
    
    这个结构一般采用成本较低而稳压效果较差的初级转换级执行绝缘及降压功能,而负载点附近则另有效率较高的高精度次级转换级。这个初级转换级称为中间总线转换器(ibc)。一般来说,中间总线转换器会为变压器设定“伏×秒”这个恒定乘积,以稳定线路电压,但负载点稳压的效果一般都差强人意,电压波幅一般约为±10%。
    
    整个稳压过程通常就在初级线圈内完成,初级线圈更负责监控由初级线圈按照匝数比反射至辅助线圈的输出电压。系统启动后,辅助线圈也会为初级线圈控制电路、驱动电路及稳压电路提供供电。相比之下,设于负载点的稳压器可以为负载提供极稳定的稳压效果,电压波幅一般不会超过±1%,而且不用隔离。电信系统的初级线圈电源分配总线都在-36至-72伏的电压范围内操作,而数据通信设备的总线则在+43至53伏的电压范围内操作。中间总线的操作电压通常介于8至14伏之间。
    
    电源分配结构出现这样重大的改变之后,集成电路、稳压器及模块式直流/直流转换器也受其影响而飞速发展。最近业界更积极讨论为负载点稳压器制定一个业内标准。
    
    目前业界已成立了三个联盟组织(电源分配开放式标准联盟(dosa)、负载点联
    
    
    随着信息系统结构的急剧发展,电源分配结构也出现翻天覆地的改变,本文主要讨论电源分配结构三方面的转变,包括:中间总线结构、数字控制技术以及采用负载点电源管理技术的新趋势。
    
    由于系统设计工程师不断提高转换器的性能及功率密度,因此传统功率转换技术渐渐被中间总线结构(iba)这类全新的电源分配结构所取代。中间总线结构是最新推出的结构,可以控制复合式电源系统内多条不同的低电压供电干线。这类复合式电源系统一般都会采用asic、数字信号处理器(dsp)及现场可编程门阵列(fpga),是电信系统、汽车电子系统及工业应用系统普遍采用的电源供应系统。
    
    
    
    图1:传统式电源分配结构采用已隔离的多输出模块式直流/直流转换器,而且每张插卡分别设有自己的转换器,但仍然无法满足日益增多的要求。
    
    iba结构采用隔离的总线转换器,由高压电源分配干线提供供电,并通过典型电压介于8伏至14伏之间的“中间”低压配电总线为负载点的多个非隔离稳压器提供馈电。由于iba结构采用两级的功率转换,因此总线转换器及负载点稳压器必须更有效率,而且体积必须更为小巧,确保能够安装在面积较小的电路板上,只有这样iba结构才可充分发挥其优势,成为远比一级电源分配系统优胜的另一选择。
    
    本文主要讨论电源分配结构三方面的转变:例如中间总线结构的面世;数字控制技术的出现;以及采用负载点电源管理技术的新趋势。以上的每一个转变都可视为电源分配技术的一个新突破,让系统的使用寿命和性能可以提高至前所未有的水平。
    
    中间总线结构
    
    从系统设计的角度看,电源管理技术大约在五年前便进入一个转折点。对于台式的电信及数据通信设备来说,利用风扇散热的散热方式已到了成效无法进一步突破的极限。
    
    这些年来通信设备的带宽不断提高,信息内容也越来越多样化,但仍然无法满足广大用户的要求。用户的要求越高,通信设备便要加设更多数字信号处理器、现场可编程门阵列以及数字特殊应用集成电路,以致负载数目越来越多,加上负载本身也越趋复杂,令传统的电源分配结构无法满足新功能的供电要求。图1所示的传统式电源分配结构采用已隔离的多输出模块式直流/直流转换器(砖块),而且每张插卡分别设有自己的转换器。这个结构的每一负载电流都相当高,令每一转换器砖块与每一负载点之间的个人电脑电路板线迹出现ir压降,导致电压极不稳定。
    
    解决办法是将隔离屏障、降压及负载点稳压分为两个不同的转换级,以取代多输出转换器砖块。这个结构上的改变(参看图2)也有其本身的问题要解决;例如,每一转换级必须占用不超过原有解决方案体积的一半空间,而且整体来说串行组合也必须能够发挥更高的效率。
    
    这个结构一般采用成本较低而稳压效果较差的初级转换级执行绝缘及降压功能,而负载点附近则另有效率较高的高精度次级转换级。这个初级转换级称为中间总线转换器(ibc)。一般来说,中间总线转换器会为变压器设定“伏×秒”这个恒定乘积,以稳定线路电压,但负载点稳压的效果一般都差强人意,电压波幅一般约为±10%。
    
    整个稳压过程通常就在初级线圈内完成,初级线圈更负责监控由初级线圈按照匝数比反射至辅助线圈的输出电压。系统启动后,辅助线圈也会为初级线圈控制电路、驱动电路及稳压电路提供供电。相比之下,设于负载点的稳压器可以为负载提供极稳定的稳压效果,电压波幅一般不会超过±1%,而且不用隔离。电信系统的初级线圈电源分配总线都在-36至-72伏的电压范围内操作,而数据通信设备的总线则在+43至53伏的电压范围内操作。中间总线的操作电压通常介于8至14伏之间。
    
    电源分配结构出现这样重大的改变之后,集成电路、稳压器及模块式直流/直流转换器也受其影响而飞速发展。最近业界更积极讨论为负载点稳压器制定一个业内标准。
    
    目前业界已成立了三个联盟组织(电源分配开放式标准联盟(dosa)、负载点联