使用固定比率转换器提高供电网络效率资源-CSDN文库

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使用固定比率转换器提高供电网络效率使用固定比率转换器提高供电网络效率

绝大多数机电负载或半导体负载都需要稳定的 DC-DC 电压转换及严格的稳压，才能可靠运行。执行该功能的

DC-DC 转换器通常称作负载点（PoL）稳压器，设计时具有输入电压及输入电压规格，其规格定义了它们的稳

定工作范围。这些稳压器的供电网络（PDN）的复杂性可能会因负载的数量和类型、整体系统架构、负载功率

级、电压等级（转换级）以及隔离和稳压要求的不同而不同。　　许多电源系统设计人员将稳压的 DC-DC 转换

器视为整体设计的关键。但将合适的电压提供给负载点稳压器，不一定都需要 PDN 稳压，或者对于中间配电母

线电压而言 PDN 稳压并不那么重要。考虑这一点时，电源系统工程师应该考虑应用固

　　绝大多数机电负载或半导体负载都需要稳定的 DC-DC 电压转换及严格的稳压，才能可靠运行。执行该功能的 DC-DC 转

换器通常称作负载点（PoL）稳压器，设计时具有输入电压及输入电压规格，其规格定义了它们的稳定工作范围。这些稳压

器的供电网络（PDN）的复杂性可能会因负载的数量和类型、整体系统架构、负载功率级、电压等级（转换级）以及隔离和

稳压要求的不同而不同。

　　许多电源系统设计人员将稳压的 DC-DC 转换器视为整体设计的关键。但将合适的电压提供给负载点稳压器，不一定都需

要 PDN 稳压，或者对于中间配电母线电压而言 PDN 稳压并不那么重要。考虑这一点时，电源系统工程师应该考虑应用固定

比率 DC-DC 转换器，它可显著的提升PDN 的整体性能。

　　如何优化供电网络

　　PDN 性能通常以功耗、瞬态响应、物理尺寸、重量及成本来衡量。影响 PDN 性能的一个主要设计挑战是电压转化的比例

和高的线/负载调整率。工程师花了大量的时间来处理大量不同的输入/输出电压转化率，动态调整率以及分布特性来提高性能

和可靠性。

　　如果系统负载功耗处于千瓦级范围内，采用高压设计大容量 PDN，可减少在系统中的电流等级（P=V?I），因此可以缩

小 PDN 尺寸，减轻重量并降低成本（线缆、母线排、主板铜箔电源层）（PLOSS = I2R）。在转换为低压/大电流前，限度延

长高电压运行时长，尽可能接近负载，是一大优势。

　　但要让高压、高功率 PDN 接近负载，则需要具有高效率及高功率密度的 DC-DC 转换器。如果输入至输出电压转换比例

很大，例如 800V 或 400V 转 48V，效率的转换器是提供非稳压的固定比率转换器。这些高效率的转换器，不仅可提供更高的

功率密度，而且还因较低的功耗，可提供更便捷的热管理。

　　何为固定比率转换器？

　　固定比率转换器的工作原理与变压器类似，但它执行的不是 AC-AC 转换，而是 DC-DC 转换，输出电压为 DC 输入电压

的固定比例。与变压器一样，这种转换器不提供输出电压稳压，输入至输出变压由器件的“匝数比”决定。该匝数比称为 K 因

数，表示为一个相对于其电压降压能力的分数。K 因数从 K=1 到 K=1/72 不等，可根据 PDN 架构及 PoL 稳压器设计规范进行

选择。

　

　　图A：双向固定比率转换器的工作原理。 K=1/16 的降压换器，也可用作 K=16/1 的升压转换器。

　　典型 PDN 电压有低电压（LV）、高电压（HV）和超高电压（UHV）。

　　固定比率转换器电压类别

　　LV48V、28V 或 24VHV380V、270VUHV800V、600V、540V

　　固定比率转换器可以是隔离的，也可以不是隔离的，而且可通过反向电压转换实现双向功率流。例如，一款支持双向功能

的 K=1/16 固定比率转换器可以作为一款 K=16/1 的升压转换器。

　　额外的设计灵活性包括易于并联（可满足更高功率的电源要求）和串联转换器输出的选项（可通过有效改变 K 因数，提

供更高的输出电压）等。

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