如何为电源设计选择合适的DC/DC转换器砖模块

在过去二十年中，随着功率半导体，转换器架构，磁性元件和封装技术的进步，曾经只能从大尺寸隔离模块中获得的功率水平向下迁移，同时转换效率也随之提高。结果是系统板需求由更小的隔离式DC/DC转换器砖提供，具有新的，更高水平的转换效率和功率密度。例如，1/4和1/8的砖块可提供数百瓦的隔离电源，转换效率超过90％，功率密度超过500 W/in³，可取代分布式电源架构中的全砖和半砖。类似地，1/16th和1/32的砖正在向上移动，以处理中间总线架构（IBA）的功率需求。

隔离砖转换器有多种标准格式可供选择，包括1/16，1/8，1/4，1/2和全砖。为确保引脚兼容性并促进二次采购，隔离砖已通过分布式电源开放标准联盟（DOSA）进行标准化，该联盟最初由Lineage Power（现为GE Critical Power）和SynQor于2004年创建。然后，更多的人加入了联盟，为分散的DC/DC转换器市场带来秩序。今天，DOSA联盟成员包括CUI，Delta Electronics，Emerson Network Power，Murata Power Solutions，Power-One和TDK Lambda等砖制造商，确保每种砖形式的多个来源。

砖块格式

1/32砖块DC/DC转换器是最小的（图1），由DOSA在2011年以19毫米（0.75英寸）×23.35毫米（0.92英寸）的格式标准化。每个模块都能够提供从12 VDC到低于1 VDC的隔离单输出电压，从而可以直接为ASIC和FPGA等半导体IC供电。由于标准中未规定最大输出电流，因此允许所有DOSA供应商随着时间的推移采用新技术以提高额定功率。这种最小的砖块面向电信，数据通信和工业应用。

图1：标准DC/DC砖从全砖到1/32砖一直走。

虽然全砖已经迁移到900瓦或更高，但较小尺寸的砖块还可以显着减少数百瓦的输出功率。例如，TDK-Lambda的iQG系列设计用于从DOSA兼容的四分之一砖块封装中提供400 W的高度仅为0.52英寸（图2）。它专为电信系统中的空间受限中间总线架构（IBA）而设计，其典型输入电压为48 VDC，工作输入范围为36至75 VDC。

图2：TDK-Lambda的iQG系列设计用于从DOSA兼容的四分之一砖块包装中提供400 W的基板。

iQG系列的典型直流输出电压为12 V，最大输出电流为33 A.虽然48 V输入的额定峰值效率为96％，但四分之一砖在满载时达到94.5％，在25 A或300 W负载下达到95％。随着输入电压的升高，这种性能开始下降几个百分点（图3）。由于48 V输入和12 V输出的效率非常高，开放式框架设计使热管理变得简单;通过传导，对流和强制空气冷却策略，可以轻松冷却电路板。这使得四分之一砖DC/DC转换器的基板可在-40°C至+ 125°C的温度范围内工作。该单元提供输入到输出和输入到1500 V的基板隔离。

图3：四分之一砖iQG系列的额定峰值效率为96％at at 48 V输入，随着输入电压变高而下降几个点。

像Vicor这样的四分之一砖供应商正在提高功率范围，同时提高效率。去年，该公司在四分之一砖的占地面积上以高达98％的峰值效率压缩了750 W的输出功率。作为Vicor的VIBrick IBC系列的一部分，IB050Q096T70N1-00可以在四分之一砖的占地面积上提供高达750 W的功率，外形仅为0.42英寸。尽管峰值效率是在中等负载下获得的，但在满负载时仍保持较高（》 97％）。事实上，即使环境温度升至55°C，满载时的额定效率也是97％（图4）。

图4：Vicor的750 W四分之一砖IB050Q096T70N1-00即使环境温度升至55°C，也能在所有负载上保持高转换效率。

根据Vicor的说法，5：1 DC/DC转换器具有极高的效率，可在50°C下实现满负荷运行，仅需400 LFM气流。该模块的小横截面有利于薄体上方和下方的无阻碍气流，从而最大限度地降低下游组件的温升。底板可作为替代冷却方案的选项。需要注意的是，最大输出功率仅在输入电压范围的高端输出，即36至60 V.在36 V输入时，额定输出功率为500 W.输入为48至54 V时，挤出650瓦的功率，这比许多竞争的四分之一砖要高得多。另一个关键特性是输入到输出隔离，额定值为2250 VDC。

小砖 - 第八块砖也实现了更高的输出功率，取代了电信和数据通信领域的传统四分之一砖。使用获得专利的正弦幅度转换器拓扑结构，Vicor为第八块砖模块设定了新的基准。薄型4：1转换器IB048E120T40N1-00，输入功率为50至55 V，输出功率为500 W.在48 V输入时，它降至480 W，仍然高于许多竞争产品。该装置具有极高的效率，可在55°C下实现满负荷运行，仅需200 LFM气流。虽然Vicor不是DOSA联盟的成员，但其IBC季度和第八块砖与DOSA规格兼容。

如果您更喜欢与DOSA的引脚排列和占位面积兼容性，但能够以较低的成本容忍略低的输出功率，Delta Electronics和Murata Power Solutions可提供满足您需求的第八块砖模块。 Delta的第八块砖电源转换器E48SP额定提供240 W输出，在48 V输入电压下调节12 V，效率为94.5％。村田制作所的RBE-12/20-D48第八块砖提供类似的性能，但具有高隔离度，低纹波和低噪音。它还具有远程开/关控制功能，符合所有国际安全标准。同样，对于超出IBC的应用，例如为IC和工业设备或无线网络供电，Delta正在从1/16砖（如V48SH）中挤出更多的果汁。这款单输出隔离式DC/DC转换器设计为在48 V输入电压下提供100 W功率或30 A输出电流（3.3 V输出），满载时效率高达91％。与DOSA兼容的版本是Delta的V48SC。

Delta，Murata等制造商也提供兼容DOSA的微型32号砖，输出功率为30W。村田制作所的隔离式单输出ULT系列在开放式框架模块中，在12，5和3.3 V下可提供30 W功率，仅为0.92 x 0.75 x 0.35英寸（图5）。其输入范围为36至75 VDC。

图5：Murata与DOSA兼容的32号砖可以从微型封装中提供高达30 W的输出。

怎么做

总之，特定DC/DC转换器砖模块的选择通常取决于所需的功率水平。电路板空间是选择转换器的另一个主要考虑因素，设计人员通常希望在最小空间内获得最大功率。但在做出选择时，请记住，今天的砖块正在结合半导体技术，电路架构，磁性和封装方面的进步，以更小的占地面积提供更高的功率，转换效率和功率密度水平是几年前无法实现的。这些技术改进意味着每个砖块尺寸的可交付功率水平都有所提高。随着更多的电力供应，今天的小砖正在取代传统的大砖，因此，设计工程师现在可以从更广泛的砖模块中进行选择。考虑到较小的砖通常比较大的砖成本低，这是一个重要的考虑因素。该怎么办？虽然没有一个通用的法律来管理砖块选择，但是一个好的经验法则（所有其他条件相同），是最具成本效益的电源解决方案，其中最少使用的电源容量留在最终系统运行时的表。