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7 种缩小电源系统的方法

显然,配电是所有电子系统的重要组成部分。然而,简单地为负载供电只是配电的一部分:除了优化效率外,其它限制还包括降低EMI、确保系统坚固耐用或开发一种空间占用更少的功率级,以便为系统的其它部件腾出更多空间。

工程师可以采用几种不同的方法来减少配电所需的空间,而且大多数应用将采用以下七种方法的组合:

#1 选择较小的组件

一种简单的方法是选择针对高功率密度优化的组件,因为使用较小的组件可显著缩小所需的空间。提高功率密度就意味着必须从较小的体积中散去余热,这要求全新创新封装具有更高的热效率。这种创新的示例包括我们支持双面散热的转换器级封装 (ChiP)技术和 Vicor 集成型适配器 (VIA) 封装。

#2 甩掉散热器

散热器是非常笨重的组件,可大幅增加所需的空间。  如果它们需要强制风冷,那电源系统的尺寸就会进一步增加,同时可靠性也会降低。因此,取消散热器是缩小空间的重要途径。

当然,工程师仍必须散掉所产生的热量,所以他们要么选择能够提高效率、减少组件发热产生的能耗,要么找到散热效率更高的部件。

一些封装(尤其是底座安装VIA封装)可将设备外壳作为散热器,无需单独的散热器,即使在更高功率的应用中亦是如此。

#3 隐藏电源组件

即使在空间有限的应用中,也常常会有未使用的地方。例如,机架安装系统通常不会利用机柜侧面或门后面的空间。将电源系统的部件放在不会用到的地方,可减少所需的有效空间。

大量工业应用使用DIN电轨配电,而且将组件布置在电轨后面是这种方法很好的实例。使用常规电源很难实现这一点,因为常规电源往往太大,无法安装在电轨后面。然而,更薄的全新电源组件正悄然上市。基于VIA封装技术的部件只有大约9 毫米厚,因此可以将其安装在这种不会用到的空间中,为系统的其余部分腾出更多空间。

#4 不使用大电容

输出电容器通常需要较大体积,以确保电源系统能够响应瞬态负载需求。然而,分比式电源架构 (FPA)有助于将电容移至VTM输入端,其通常是在输出端出现的电压的几倍。能量与电压的平方成正比,因此设计人员可通过移动电容,用小型陶瓷电容器替代大容量电容。

#5 减少滤波

传统硬开关PWM转换器会产生大量EMI,必须通过滤波来消除,这通常会占用大量空间。转而采用高频率软开关拓扑,意味着滤波需求降低,从而可减少所需的空间。

Vicor的ZVS/ZCS拓扑是该项技术的领先解决方案,因为它不仅可消除硬开关引起的EMI,而且还可在更高频率下运行,这可进一步减少所需滤波器的量。其固有的高效率还意味着使用该拓扑的电源组件散热更少,从而可降低散热要求。

#6 改变电压

虽然所有系统对负载电压都有固定的要求,但电源系统设计人员可以改变所用的母线电压。无论是采用高压直流(HVDC)配电,还是将中间母线电压从12V转向 48V,都可缩小导体尺寸,而且整个系统都会变得更小、更高效。

#7 取消转换级

当需要大幅度降电压时,例如将微处理器的 48V母线转换为 1.5V电轨,电源系统设计人员过去需要使用两级转换,才能优化效率。48V降压产品系列等全新组件现已开始提供,其不仅可通过执行单级转换缩小尺寸,而且还可通过两级转换提高效率。

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