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7 種縮小電源系統的方法

顯然,配電是所有電子系統的重要組成部分。然而,簡單地爲負載供電只是配電的一部分:除了優化效率外,其它限制還包括降低EMI、確保系統堅固耐用或開發一種空間佔用更少的功率級,以便爲系統的其它部件騰出更多空間。

工程師可以採用幾種不同的方法來減少配電所需的空間,而且大多數應用將採用以下七種方法的組合:

#1 選擇較小的組件

一種簡單的方法是選擇針對高功率密度優化的組件,因爲使用較小的組件可顯著縮小所需的空間。提高功率密度就意味着必須從較小的體積中散去餘熱,這要求全新創新封裝具有更高的熱效率。這種創新的示例包括我們支持雙面散熱的轉換器級封裝 (ChiP)技術和 Vicor 集成型適配器 (VIA) 封裝。

#2 甩掉散熱器

散熱器是非常笨重的組件,可大幅增加所需的空間。  如果它們需要強制風冷,那電源系統的尺寸就會進一步增加,同時可靠性也會降低。因此,取消散熱器是縮小空間的重要途徑。

當然,工程師仍必須散掉所產生的熱量,所以他們要麼選擇能夠提高效率、減少組件發熱產生的能耗,要麼找到散熱效率更高的部件。

一些封裝(尤其是底座安裝VIA封裝)可將設備外殼作爲散熱器,無需單獨的散熱器,即使在更高功率的應用中亦是如此。

#3 隱藏電源組件

即使在空間有限的應用中,也常常會有未使用的地方。例如,機架安裝系統通常不會利用機櫃側面或門後面的空間。將電源系統的部件放在不會用到的地方,可減少所需的有效空間。

大量工業應用使用DIN電軌配電,而且將組件佈置在電軌後面是這種方法很好的實例。使用常規電源很難實現這一點,因爲常規電源往往太大,無法安裝在電軌後面。然而,更薄的全新電源組件正悄然上市。基於VIA封裝技術的部件只有大約9 毫米厚,因此可以將其安裝在這種不會用到的空間中,爲系統的其餘部分騰出更多空間。

#4 不使用大電容

輸出電容器通常需要較大體積,以確保電源系統能夠響應瞬態負載需求。然而,分比式電源架構 (FPA)有助於將電容移至VTM輸入端,其通常是在輸出端出現的電壓的幾倍。能量與電壓的平方成正比,因此設計人員可通過移動電容,用小型陶瓷電容器替代大容量電容。

#5 減少濾波

傳統硬開關PWM轉換器會產生大量EMI,必須通過濾波來消除,這通常會佔用大量空間。轉而採用高頻率軟開關拓撲,意味着濾波需求降低,從而可減少所需的空間。

Vicor的ZVS/ZCS拓撲是該項技術的領先解決方案,因爲它不僅可消除硬開關引起的EMI,而且還可在更高頻率下運行,這可進一步減少所需濾波器的量。其固有的高效率還意味着使用該拓撲的電源組件散熱更少,從而可降低散熱要求。

#6 改變電壓

雖然所有系統對負載電壓都有固定的要求,但電源系統設計人員可以改變所用的母線電壓。無論是採用高壓直流(HVDC)配電,還是將中間母線電壓從12V轉向 48V,都可縮小導體尺寸,而且整個系統都會變得更小、更高效。

#7 取消轉換級

當需要大幅度降電壓時,例如將微處理器的 48V母線轉換爲 1.5V電軌,電源系統設計人員過去需要使用兩級轉換,才能優化效率。48V降壓產品系列等全新組件現已開始提供,其不僅可通過執行單級轉換縮小尺寸,而且還可通過兩級轉換提高效率。

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