電子設計 發表於 2019-01-23 08:02:00
在過去二十年中，隨著功率半導體，轉換器架構，磁性元件和封裝技術的進步，曾經只能從大尺寸隔離模塊中獲得的功率水平向下遷移，同時轉換效率也隨之提高。結果是系統板需求由更小的隔離式DC/DC轉換器磚提供，具有新的，更高水平的轉換效率和功率密度。例如，1/4和1/8的磚塊可提供數百瓦的隔離電源，轉換效率超過90％，功率密度超過500 W/in³，可取代分布式電源架構中的全磚和半磚。類似地，1/16th和1/32的磚正在向上移動，以處理中間總線架構（IBA）的功率需求。
隔離磚轉換器有多種標準格式可供選擇，包括1/16，1/8，1/4，1/2和全磚。為確保引腳兼容性並促進二次採購，隔離磚已通過分布式電源開放標準聯盟（DOSA）進行標準化，該聯盟最初由Lineage Power（現為GE Critical Power）和SynQor於2004年創建。然後，更多的人加入了聯盟，為分散的DC/DC轉換器市場帶來秩序。今天，DOSA聯盟成員包括CUI，Delta Electronics，Emerson Network Power，Murata Power Solutions，Power-One和TDK Lambda等磚製造商，確保每種磚形式的多個來源。
磚塊格式
1/32磚塊DC/DC轉換器是最小的（圖1），由DOSA在2011年以19毫米（0.75英寸）×23.35毫米（0.92英寸）的格式標準化。每個模塊都能夠提供從12 VDC到低於1 VDC的隔離單輸出電壓，從而可以直接為ASIC和FPGA等半導體IC供電。由於標準中未規定最大輸出電流，因此允許所有DOSA供應商隨著時間的推移採用新技術以提高額定功率。這種最小的磚塊面向電信，數據通信和工業應用。
圖1：標準DC/DC磚從全磚到1/32磚一直走。
雖然全磚已經遷移到900瓦或更高，但較小尺寸的磚塊還可以顯著減少數百瓦的輸出功率。例如，TDK-Lambda的iQG系列設計用於從DOSA兼容的四分之一磚塊封裝中提供400 W的高度僅為0.52英寸（圖2）。它專為電信系統中的空間受限中間總線架構（IBA）而設計，其典型輸入電壓為48 VDC，工作輸入範圍為36至75 VDC。
圖2：TDK-Lambda的iQG系列設計用於從DOSA兼容的四分之一磚塊包裝中提供400 W的基板。
iQG系列的典型直流輸出電壓為12 V，最大輸出電流為33 A.雖然48 V輸入的額定峰值效率為96％，但四分之一磚在滿載時達到94.5％，在25 A或300 W負載下達到95％。隨著輸入電壓的升高，這種性能開始下降幾個百分點（圖3）。由於48 V輸入和12 V輸出的效率非常高，開放式框架設計使熱管理變得簡單;通過傳導，對流和強制空氣冷卻策略，可以輕鬆冷卻電路板。這使得四分之一磚DC/DC轉換器的基板可在-40°C至+ 125°C的溫度範圍內工作。該單元提供輸入到輸出和輸入到1500 V的基板隔離。
圖3：四分之一磚iQG系列的額定峰值效率為96％at at 48 V輸入，隨著輸入電壓變高而下降幾個點。
像Vicor這樣的四分之一磚供應商正在提高功率範圍，同時提高效率。去年，該公司在四分之一磚的佔地面積上以高達98％的峰值效率壓縮了750 W的輸出功率。作為Vicor的VIBrick IBC系列的一部分，IB050Q096T70N1-00可以在四分之一磚的佔地面積上提供高達750 W的功率，外形僅為0.42英寸。儘管峰值效率是在中等負載下獲得的，但在滿負載時仍保持較高（》 97％）。事實上，即使環境溫度升至55°C，滿載時的額定效率也是97％（圖4）。
圖4：Vicor的750 W四分之一磚IB050Q096T70N1-00即使環境溫度升至55°C，也能在所有負載上保持高轉換效率。
根據Vicor的說法，5：1 DC/DC轉換器具有極高的效率，可在50°C下實現滿負荷運行，僅需400 LFM氣流。該模塊的小橫截面有利於薄體上方和下方的無阻礙氣流，從而最大限度地降低下遊組件的溫升。底板可作為替代冷卻方案的選項。需要注意的是，最大輸出功率僅在輸入電壓範圍的高端輸出，即36至60 V.在36 V輸入時，額定輸出功率為500 W.輸入為48至54 V時，擠出650瓦的功率，這比許多競爭的四分之一磚要高得多。另一個關鍵特性是輸入到輸出隔離，額定值為2250 VDC。
小磚 - 第八塊磚也實現了更高的輸出功率，取代了電信和數據通信領域的傳統四分之一磚。使用獲得專利的正弦幅度轉換器拓撲結構，Vicor為第八塊磚模塊設定了新的基準。薄型4：1轉換器IB048E120T40N1-00，輸入功率為50至55 V，輸出功率為500 W.在48 V輸入時，它降至480 W，仍然高於許多競爭產品。該裝置具有極高的效率，可在55°C下實現滿負荷運行，僅需200 LFM氣流。雖然Vicor不是DOSA聯盟的成員，但其IBC季度和第八塊磚與DOSA規格兼容。
如果您更喜歡與DOSA的引腳排列和佔位面積兼容性，但能夠以較低的成本容忍略低的輸出功率，Delta Electronics和Murata Power Solutions可提供滿足您需求的第八塊磚模塊。 Delta的第八塊磚電源轉換器E48SP額定提供240 W輸出，在48 V輸入電壓下調節12 V，效率為94.5％。村田製作所的RBE-12/20-D48第八塊磚提供類似的性能，但具有高隔離度，低紋波和低噪音。它還具有遠程開/關控制功能，符合所有國際安全標準。同樣，對於超出IBC的應用，例如為IC和工業設備或無線網絡供電，Delta正在從1/16磚（如V48SH）中擠出更多的果汁。這款單輸出隔離式DC/DC轉換器設計為在48 V輸入電壓下提供100 W功率或30 A輸出電流（3.3 V輸出），滿載時效率高達91％。與DOSA兼容的版本是Delta的V48SC。
Delta，Murata等製造商也提供兼容DOSA的微型32號磚，輸出功率為30W。村田製作所的隔離式單輸出ULT系列在開放式框架模塊中，在12，5和3.3 V下可提供30 W功率，僅為0.92 x 0.75 x 0.35英寸（圖5）。其輸入範圍為36至75 VDC。
圖5：Murata與DOSA兼容的32號磚可以從微型封裝中提供高達30 W的輸出。
怎麼做
總之，特定DC/DC轉換器磚模塊的選擇通常取決於所需的功率水平。電路板空間是選擇轉換器的另一個主要考慮因素，設計人員通常希望在最小空間內獲得最大功率。但在做出選擇時，請記住，今天的磚塊正在結合半導體技術，電路架構，磁性和封裝方面的進步，以更小的佔地面積提供更高的功率，轉換效率和功率密度水平是幾年前無法實現的。這些技術改進意味著每個磚塊尺寸的可交付功率水平都有所提高。隨著更多的電力供應，今天的小磚正在取代傳統的大磚，因此，設計工程師現在可以從更廣泛的磚模塊中進行選擇。考慮到較小的磚通常比較大的磚成本低，這是一個重要的考慮因素。該怎麼辦？雖然沒有一個通用的法律來管理磚塊選擇，但是一個好的經驗法則（所有其他條件相同），是最具成本效益的電源解決方案，其中最少使用的電源容量留在最終系統運行時的表。
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