現(xiàn)代分布式電源架構(gòu)（DPA）需要注意三大點(diǎn)資料下載

作者：LandaCulbertson, Mouser Electronics 為了在保留緊湊磚型模式的同時(shí)縮減電源尺，電源制造商必須降低磚型模塊的高度并(或)盡量將外部的供電元件移至磚型模塊內(nèi)部。但同時(shí)采取上述兩種做法卻給電源設(shè)計(jì)者帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn),其中包括：如何處理高功率密度所需的散熱問(wèn)題，如何將所有必要組件集成在有限的空間內(nèi)等等。本文介紹了現(xiàn)代分布式電源架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。 你如何為目前的電信、數(shù)據(jù)通信、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用負(fù)載提供所需電力？是從墻角插座獲取呢還是從主電源分離而來(lái)？在過(guò)去，主要的電源架構(gòu)包括一個(gè)集總式電源單元，然后通過(guò)電纜與電源母線網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)分布式電源，但隨著電力需求發(fā)生變化，系統(tǒng)的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在更迭。因?yàn)楣男枨蟛粩嘣黾樱?a target='_blank' class='arckwlink_none'>半導(dǎo)體器件要求電平越來(lái)越低，為支持?jǐn)?shù)字處理技術(shù)需要更好的電源性能表現(xiàn)，同時(shí)與電力電子制造商可用的先進(jìn)產(chǎn)品相結(jié)合，目前正在實(shí)施的電源分配架構(gòu)也更復(fù)雜。現(xiàn)代分布式電源架構(gòu)（DPA）可以將集中的熱量分散到整個(gè)系統(tǒng)的不同地方，在極低電壓的前提下支持大電流，并為快速變化的負(fù)載提供出色的瞬態(tài)響應(yīng)。其他優(yōu)點(diǎn)還包括靈活地增加電壓或電流需求，以及在某個(gè)負(fù)載節(jié)點(diǎn)失效時(shí)系統(tǒng)可以繼續(xù)進(jìn)行。在三個(gè)目標(biāo)（整體性價(jià)比，最小目標(biāo)尺寸，以及高效率）的要求下，目前卓越的DPA需要注意三大主要考慮點(diǎn)（如圖1所示）——交流/直流前端電源，直流/直流轉(zhuǎn)換器的負(fù)載點(diǎn)，以及中間總線架構(gòu)（IBA），還有這三點(diǎn)的相互結(jié)合。讓我們仔細(xì)看看每一考慮點(diǎn)的功能屬性，并且研究目前已上市的一些產(chǎn)品，為設(shè)計(jì)師提供一些建議。 交流/直流前端電源 在托馬斯愛(ài)迪生、尼古拉特斯拉、喬治·威斯汀豪斯時(shí)代，曾進(jìn)行過(guò)公用輸電和配電系統(tǒng)是采用AC還是DC的爭(zhēng)論，最終因?yàn)槠溟L(zhǎng)距離傳輸?shù)妮^低損耗，AC從中勝出。目前的電子設(shè)備主要由直流驅(qū)動(dòng)，需要將電壓為80到265伏、頻率為50到60赫茲的單相波形交流電轉(zhuǎn)換為墻壁插座所需的直流電源。前端AC / DC轉(zhuǎn)換概念本身相當(dāng)簡(jiǎn)單；通過(guò)一個(gè)變壓器將高壓交流電源線調(diào)整到一個(gè)更易于管理的電壓，一般是一個(gè)正弦交流（0伏值）低電壓，再通過(guò)整流橋，生成與交流振幅等同的駐波波形直流電壓，并加入一個(gè)大電容來(lái)平滑該電壓。該平滑電壓隨后通過(guò)一個(gè)DC / DC轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的穩(wěn)定直流總線電壓。交流/直流前端的典型輸出直流電壓，對(duì)于電信系統(tǒng)是48伏，對(duì)于數(shù)據(jù)服務(wù)器是12伏和24 伏，對(duì)于一些數(shù)據(jù)通信和醫(yī)療設(shè)備甚至是400伏（歐洲部分地區(qū)使用三相400伏交流輸入）。 當(dāng)前AC/DC變換主要挑戰(zhàn)來(lái)自兩大因素：功率因數(shù)校正（PFC）和諧波濾波。給定的AC/ DC電源功率因數(shù)的計(jì)算方法是負(fù)載得到的實(shí)際可用功率與電力網(wǎng)提供的視在功率之間的比值。該因數(shù)可以用于衡量功率損耗。它也可以測(cè)量諧波失真，這些失真很大程度源自整流和平滑階段AC輸入電流波形轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鲿r(shí)出現(xiàn)的失相和非正弦信號(hào)。 低功率因數(shù)（相對(duì)于理想時(shí)的功率因數(shù)）的缺點(diǎn)包括電力公用事業(yè)公司無(wú)力承擔(dān)怠性功率（非真實(shí)）消耗，諧波回注電網(wǎng)時(shí)可能導(dǎo)致服務(wù)中斷，以及諧波引發(fā)設(shè)備振動(dòng)時(shí)會(huì)造成安全隱患。 因此，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單好用的設(shè)計(jì)已經(jīng)無(wú)法滿足PFC和諧波濾波的需求，已經(jīng)引入了標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，如大于75瓦功耗產(chǎn)品需要遵循EN/ IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)際上，功率因數(shù)大于0.9的電源規(guī)范需求越來(lái)越強(qiáng)烈，同時(shí)也希望盡量限制總諧波失真。最簡(jiǎn)單的PFC方法一般包括在AC輸入端加入電容濾波器，盡管會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)難以大于0.7，因此它更適合于恒定載荷。目前更嚴(yán)格的PFC要求，包括需要支持現(xiàn)代半導(dǎo)體的快速和高負(fù)荷變化，這也意味著需要采用主動(dòng)式PFC，通常實(shí)現(xiàn)方式是在橋式整流和濾波電容器之間加入升壓轉(zhuǎn)換電路。 在PFC要求越來(lái)越高的同時(shí)，能效標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越嚴(yán)格，哪怕是PFC會(huì)降低效率。各種大量的特定應(yīng)用監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定顯示了在所有負(fù)載范圍（滿負(fù)荷到低至10％的負(fù)載）內(nèi)都需要高電源效率。結(jié)合需要適應(yīng)不斷演化的法規(guī)以及具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本時(shí)需要實(shí)現(xiàn)每立方英寸功率效率的持續(xù)壓力，當(dāng)前的系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)人員有足夠的理由來(lái)尋找一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案。幸運(yùn)的是，目前已經(jīng)存在完整的AC / DC前端電源模塊，可以簡(jiǎn)化DPA的前端設(shè)計(jì)，這些模塊如表1所示（下半部分會(huì)介紹）。這些產(chǎn)品都提供了主動(dòng)式PFC，負(fù)載范圍內(nèi)效率高，電源密度高以及還有過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)熱保護(hù)。此外，部分型號(hào)還提供先進(jìn)的功能，如熱插拔功能，利于N 1冗余的有源負(fù)載共享，利于可擴(kuò)展的并聯(lián)，以及帶有I2C、PMBus或以太網(wǎng)接口的板載微處理器，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)負(fù)載等級(jí)或其他參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和動(dòng)態(tài)數(shù)字優(yōu)化。 貿(mào)澤電子微信號(hào)傳播技術(shù)干貨，發(fā)布文章均為獨(dú)家原創(chuàng)文章，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明如下信息： 出處：貿(mào)澤電子公共號(hào) 微信號(hào)：mouserelectronics 對(duì)于未經(jīng)許可的復(fù)制和不符合要求的轉(zhuǎn)載我們將保留依法追究法律責(zé)任的權(quán)利 (mbbeetchina)