分解功率架构提供高效电源系统解决方案

压力安装在每一代新一代电子系统中，可将公用电力转换为最大效率，密度和速度的负载。为了在过去几十年中实现这一目标，电源架构已从集中式电源架构（CPA）演变为分布式电源（DPA）和中间总线架构（IBA），以减少分配损耗并提高整体系统效率和密度。

虽然IBA（如图1所示）在一段时间内一直是首选的电源架构，因为它足以解决整个系统板上的负载扩散问题，但未来可能会遇到困难。为什么？因为领先的处理器和存储器现在具有低于1 V的POL电压，超过100安培的电流要求以及非常快的瞬态响应。

图1：在IBA架构中，中间总线转换器（IBC）提供隔离和转换为中间电压。非隔离POL（niPOL）稳压器为负载提供最终调节的降压电压。

然而，即使在这样的条件下，电力系统设计人员也面临着提供高密度，高效率解决方案的挑战，这些解决方案可以经济高效地提克服功耗和成本不断上升的艰难战斗迫使设计人员超越IBA寻求替代解决方案。

超越传统交流到直流转换器和分布式架构的局限性，同时满足新兴的系统要求 - 更高输入电压下的更高功率密度，更低的输出电压，更高的负载电流和效率 - 需要全新的，集成的方法。为此，Vicor开发了一种新颖的专有解决方案，称为分解功率架构（FPA）。根据Vicor的白皮书¹“分解功率结构和V•I芯片”，FPA保留了CPA，DPA和IBA的所有理想属性。然而，通过分解DC-DC转换器的经典功能，FPA及其新颖的功率转换构建模块，PRM和VTM，能够提供从墙上插头到处理器内核的高效电源系统解决方案。

构建模块

FPA的关键构建模块是预调节器模块或PRM以及电压转换模块或VTM。这两个构建模块共同实现了DC-DC转换器的所有经典功能。在该方案中，PRM产生称为“分解总线”的受控总线电压。就其而言，VTM将分解的总线电压转换为向上游PRM调节的负载点（POL）提供隔离电压。与DPA或IBA不同，FPA的POL设备VTM未被分配用于执行调节功能，该功能从POL的主要房地产中移除。

因此，POL转换器工作被减少到电流倍增或分压的基本功能K.这意味着VTM可以在整个转换器周期内为负载提供能量，提供100％的转换占空比。通过将调节功能重新定位到上游PRM，VTM不受感应惯性的限制，并且几乎可以瞬时响应变化的负载。

使用构建模块，PRM和VTM的典型FPA系统如图2所示。如前所述，FPA将隔离的VTM部署到POL，由PRM提供监管，PRM将其移除或分解为远离POL。 PRM和VTM结合使用，可以执行DC-DC转换器的所有经典功能。

图2：在FPA方案中，PRM模块生成称为分解总线的受控总线电压。 VTM模块转换因式化总线电压，为POL提供隔离电压，由上游PRM调节。

VTM，可视为固定比率DC-DC变压器，提供宽电压范围输入和高效电压使用专有的零电流开关 - 零电压开关（ZCS-ZVS）正弦幅度转换器（SAC）拓扑进行转换。它可以提供高达400 W或100 A的功率，功率密度高达1，095 W/in3，效率高达97％。隔离在1.1 in2封装中可以是2，250 VDC，具有低输出阻抗，可实现快速瞬态响应。

在FPA设置中，PRM采用获得专利的ZVS降压 - 升压稳压控制架构，实现高效升压/降压稳压。当输出电压接近输入电压时，效率最大化。 PRM的工作典型固定工作频率为1 MHz（最大1.5 MHz）。与VTM一样，PRM可以并联以实现增加的输出功率。 PRM控制架构的一个独特特征是开关序列在降压或升压模式下不会改变 - 只需控制工作循环内相的相对持续时间。

另外，由于FPA使得分解总线电压上的上游电容能够在POL上反射，其容性增益等于VTM电流增益的平方，因此无需在POL上放置大容量电容来控制电压在动态负载上摆动。与IBA不同，POL只需要极少数的陶瓷电容器。换句话说，消除了POL大容量电容器。

图3描述了连接PRM和VTM以从分解的总线电压产生所需输出电压的简单性。如图所示，只需调节PRM调节器电压即可调节输出电压。

图3：在FPA中，PRM和VTM一起从分解的总线电压产生所需的输出电压。通过调节PRM调节器电压可以简单地调整输出。

Vicor的V•I Chips系列提供集成的PRM和VTM构建模块，以实现FPA架构，提供全新的最佳电源转换解决方案，解决各方面的挑战。