在電路板上分配電力的傳統方法基本上有兩種：第一種是把48V變成3.3V的輸出電壓，然后再用負載點（pOL）變換器把3.3V變換成負載點所需要的電壓。一般地說，在電路板上最需要的就是3.3V，所以選擇3.3V作為母線電壓，這樣做的益處是，只需要一次變換，不存在多級變換的方案中每級都存在的損耗。另外一個方法是，先把48V變換為12V，然后再把12V的母線電壓變換成為負載點電壓，并不是直接把12V送到負載上。這個方案比較適合功率較高的電路板使用。兩種分布式供電系統的結構（DpA）如圖1所示。

這兩種分布式供電方案各有長處，也各有它的缺點。如果電路板上主要的負載需要3.3V的工作電壓，而且在整個電路板上有多處需要3.3V，在這種情況下，一般是采用母線電壓為3.3V的分布式供電系統。之所以采用這個方案通常是為了減少電路板上兩級電壓轉換的數量，從而提高輸出功率最大的電源的效率。但是，在使用母線電壓為3.3V的分布式供電系統時，它還為每個負載點變換器供給電力。這些負載點變換器產生其他負載所需要的工作電壓。另一個問題是，3.3V輸出需要在電路中使用一只控制順序的FET晶體管。在線路卡上，大多數工作電壓需要對接通電源和切斷電源的順序加以控制。在這種分布式系統中，只能用電路中的順序控制FET晶體管來進行控制。因為在隔離式轉換器中，沒有對輸出電壓的上升速度進行控制。在電路中的順序控制FET晶體管只是在啟動和切斷電源時才用得上。在其他時間，這些FET晶體管存在直流損失，會影響效率，增加了元件數量，也提高了成本。由于工作電壓一年一年地在下降，在將來，工作電壓將下降到2.5V。在電路板上功率同樣大的情況下，電流增大32%，在配電方面的損失增大74%左右。電路板上所有其他的工作電壓。在電路板上往往有其他輸出電壓都要由3.3V的母線電壓經過變換得到。往往需要幾個負載點輸出電壓，每個輸出電壓可以使用高頻開關型直流/直流轉換器來產生。負載點轉換器的高頻開關會產生噪音，噪音會進入3.3V輸入線路。由于3.3V是直接為負載供電的，所以需要很好的濾波器來保護3.3V的負載。專用集成電路（ASIC）是用3.3V母線電壓供電的，它對噪音十分敏感，如果輸入電壓沒有很好地濾波，有可能會損壞ASIC。ASIC的價錢很高，當然極不希望出現這樣的事。如果電路板上需要很大功率，而且電路板上沒有那一種電壓的負載是占主要的，在這種情況下，一般是采用12V分布式供電系統。采用這個方案時，在功率相同的情況下，由于電流較小，配電的損失降低了。對于這種供電方案，所有的工作電壓都是用負載點轉換器來產生的。在偏重于使用負載點轉換器的情況下，用12V的分布式供電系統實現就容易得多。也可以用電路中的順序控制FET晶體管來控制負載點接通電源和切斷電源的順序，其中有一些可以由負載點本身來控制，這時就不需要控制順序的FET晶體管，也減少了直流損失。在市場上現在可以買到的輸出電壓為12V的模塊，一般是功能齊全的磚塊型轉換器，它提供經過穩壓的12V輸出電壓。在磚塊型12V轉換器中有反饋，通過一只光耦合器把反饋信號送回到轉換器的原邊。磚塊型12V轉換器的有效值電流很大，次級需要額定電壓為40V至100V的FET晶體管，額定電壓較高的FET晶體管的Rds(on)高于額定電壓較低的FET晶體管的Rds(on)，因而轉換器的效率比較低──如果平均輸出電較低的話就可以用額定電壓較低的FET晶體管。在給定輸出功率的情況下，具有穩壓作用的磚塊型轉換器往往相當貴，而且體積大，因為在模塊內有相當多的元件。使用分布式的12V母線電壓時，也會略微降低負載點轉換器的效率，因為輸入電壓直接影響負載點轉換器的開關損生。

如圖2所示，在電路板上進行配電，最好的方法是使用一個在3.3V與12V之間的中間電壓。在使用兩級功率轉換的情況下，這個中間母線電壓不需要嚴格地進行穩壓。新型負載點轉換器的輸入電壓范圍很寬，這就是說，產生中間母線電壓的隔離式轉換器可以用比較簡單的方法來實現。對于負載點轉換器來講，最優的輸入電壓介于6V至8V之間，這時，功率損失最小。就兩級轉換的優化而言，這是最好的辦法，尤其是對于功率為150W的系統。結果我們可以在很小的面積中、用數量很少的元件，設計出一個高效率的隔離式轉換器。功能齊全的磚塊型轉換器使用的元件數量高達五十個還要多，整個設計不必要地變得十分復雜。如果把輸出電壓穩壓電路去掉，可以大量地減少模塊中的元件數量。直流母線電壓轉換器使用隔離式轉換器，它工作在占空比為50%的狀態，因而可以使用比較簡單、自行驅動的次級同步整流器，最大程度地提高了功率轉換的效率，也最大程度地減輕了對輸入電壓和輸出電壓濾波的要求，而且還提高了可靠性。
用于電路板的兩級功率轉換的未來發展
直流母線電壓轉器是把48V輸入變成中間母線電壓的新方法。中間母線電壓為負載點轉換器供電。做一個隔離式轉換器并不難，它是開環的，占空比固定為50%，把48V輸入電壓變為8V的中間母線電壓。它使用變比為3:1的變壓器，再通過初級半橋整流器得到輸入電壓與輸出電壓的比為6：1。由于現在有了作為第二級的負載點轉換器解決方案，例如ipOWIRTM技術，它的輸入電壓范圍很寬，所以對于48V系統來講，這個方法極有吸引力，它也可以用于輸入電壓變化范圍很寬的系統（36V至75V）。當輸入電壓在很寬范圍變化時，輸出電壓也以同樣的比率變化，所以如果輸入電壓在36V至75V的范圍變化，輸出電壓的變化范圍就是6V至12V。直流母線轉換器作為前端電路加上作為第二級的ipOWIRTM，便構成高效率的兩級功率轉換方案。直流母線轉換電路的效率最高、占的空間最小，在功率密度方面是最好的，大量地減少了元件數量，因而有利于降低總成本。這個方案對輸入濾波和輸出濾波的要求也是最低的，所以可以進一步減少電容器和其他元件。這種電源系統的控制、監控、同步以及順序控制都大大地簡化了。圖3是直流母轉換器設計的例子，其中使用了很有創意的新技術，因而可以達到這樣的性能。如圖4所示，可以利用直流母線轉換器解決方案來實現兩級供電系統。直流母線轉換器芯片組四周是原邊半橋整流器控制器和驅動器集成電路和MOSFET技術，正是由于這個芯片組，才能達到這樣的性能。


IR2085S是一種新的控制器集成電路，是針對用于電路板上48V兩級配電系統的非穩壓型隔離式直流母線電壓轉換器而研制的?？刂破魇轻槍π阅堋⒑唵?、成本進行了優化的。它把一個占空比為50%的時鐘與100V、1A的半橋整流器驅動器集成電路整合在一起，裝在一個SO-8封裝中。它的頻率和死區時間可以在外面進行調節，滿足各種應用的要求。它還有限制電流的功能。為了限制接通電源時突然增大的電流，在IR2085S里面有軟啟動功能，它控制占空比，由零慢慢地增加到50%。在軟啟動過程中，一般持續2000個柵極驅動信號脈沖這么長時間。在48V的直流母線電壓轉換器演示板上有新的控制器集成電路與原邊的低電荷MOSFET晶體管，以及副邊的低導通電阻、熱性能提高了的MOSFET，它們配合在一起工作，在輸出電壓為8V時可以提供150W功率，效率超過96%，如圖3所示，它的尺寸比1/8磚轉換器的外形尺寸還要小。與安裝在電路板上、具有穩壓作用的常規功率轉換器相比，它的效率高3~5%，尺寸小40%。有一種類似的方法可以用于全橋整流直流母線轉換器，它使用新的IR2085S，輸出功率達到240W，尺寸也相似，在輸出電流滿載時的效率大約為96.4%。圖5是直流母線電壓轉換器的電路圖，在這個電路中，原邊使用控制器和驅動器集成電路IR2085S，它推動兩只IRF7493型FET晶體管───這是新一代低電荷、80V的n型溝道MOSFET功率晶體管，它采用SO-8封裝。在輸入電壓為36V至75V時，這只FET晶體管可以換成100V的IRF7495FET晶體管。在啟動時，原邊的偏置電壓是由一只線性穩壓器產生，在穩態時，則由變壓器產生原邊偏置電壓。IRF7380中包含兩個80V的n型溝道MOSFET功率晶體管，采用SO-8封裝，就是用于在穩態時產生原邊偏置電壓。IRF6612或者IRF6618──這是使用DirectFET封裝的新型30V、n型溝道MOSFET功率晶體管，可以用于副邊的自驅動同步整流電路。

DirectFET半導體封裝技術實際上消除了MOSFET晶體管的封裝電阻，最大程度地提高了電路的效率，處于導通狀態時的總電阻很小。利用DirectFET封裝技術，它到印刷電路板的熱阻極小，大約是1°C/W，DirectFET器件的半導體結至頂部（外殼）的熱阻大約是1.4°C/W。IRF6612或者IRF6618的柵極驅動電壓限制在最優的數值7.5V，與包含兩個30V、使用SO-8封裝的MOSFET晶體管IRF9956一樣。副邊的偏置電路是為了把兩個直流母線轉換器的輸出并聯起來，而它們的輸入電壓是不同的，而且在其中一個輸入出現短路或者切斷的情況下，仍然可以連續地提供輸出功率。
功率為150W的直流母線轉換器的尺寸可以做到是1.95×0.85英寸，比符合工業標準的1/8磚還小，1/8磚的標準尺寸是2.30×0.90英寸，小了25%。有一些功能齊全的解決方案現在有尺寸為1/4磚的產品，它的標準尺寸是2.30×1.45英寸，如果使用直流母線轉換器，可節省空間53%。如圖6所示，在尺寸這么小的空間里，在功率為150W時，直流母線轉換器芯片組的效率高達96%左右。

為了讓大家看到直流母線電壓器的優異性能，我們選擇原邊開關頻率為220kHz。使用較高的開關頻率，可以減少輸出電壓的脈動，而且，由于磁通密降低了，可以使用比較小的磁性元件。變壓器的磁芯比較小，損耗也降低了。但是，由于開關頻率較高，增加了原邊和副邊的開關損失，因而降低了整個電路的效率。磁通不平衡是橋式電路的一個問題，為了防止磁通不平衡，高壓邊和低壓邊的脈沖寬度之差不到25ns。針對不同的應用、不同的輸出功率和不同的開關器件，頻率以及驅動半橋整流電路的低壓邊脈沖和高壓邊脈沖之間的死區時間是可以調節的，這是利用外面的定時電容器來實現的。
在兩級分布式供電系統中，直流母線轉換器是前置級。在對作為第二級的非隔離式負載點轉換器進行優化時，也有許多獨特的問題需要考慮到。在主要關注的是電路板的空間以及設計的復雜程度的情況下，與完整的模塊或完全用分立元件的設計比較，使用嵌入式功能塊的設計有很多優點。如圖4所示，設計人員可以利用新的ipOWIRTMip1202功能塊周圍的那些外部元件，很快地而且很容易地制造一個高性能的兩路輸出的兩相同步降壓轉換器，為幾個負載供電。除了設計人員可以更容易地進行設計，與使用分立元件的同類設計相比，這種使用功能塊的設計可以為電腦板節省空間50%，同時大大地縮短設計時間。
供工程師使用的這些器件是百分之百經過測試、性能是有保證的，而且用這種器件時，電路板的設計不像使用分立元件進行設計時那么復雜。用分立元件進行設計時，這些是不可能做到的。
此外，它的轉換效率很高，而且十分靈活，可以很容易地用它為需要不同電壓的其他負載供電。
簡單的解決方案
為了提供能夠解決上述問題的解決方案，并且還具所需要的功能，國際整流器公司把它先進的ipOWIR封裝技術用于制造一種集成功能塊。國際整流器公司運用它在功率系統設計和芯片組方面的專業知識，把pWM控制器和驅動器以及相應的控制MOSFET開關和同步MOSFET開關、肖特基二極管和輸入旁通電容器都整合在一個封裝之中。為了提高性能，在這單一封裝的模塊中，功率元件匹配得很好，電路的布置進行了最優化設計。得到的結果是，這個器件可以當作基本功能塊用于設計高性能的兩路同步降壓轉換器。在完整的兩路輸出電源所需要的外部元件是輸出電感器、輸出電容器、輸入電容器（圖7a），加上幾只其他的無源元件。因為內部電路是與固定頻率的電壓型控制信號同步的，可以很容易地把兩路輸出并聯起來作為一路電壓輸出，而輸出供電流的能力則增大一倍（圖7b）。

在單輸出或者并聯輸出的電路中，使用相位相差180°的工作方式，脈動的頻率提高了，它的優點是，可以減少外部元件的數量和尺寸。ip1202可以直接由直流母線轉換器的輸出電壓供給電力，外面不需要偏置電路，又進一步減少了外部元件，也降低了設計的復雜程度。新的功能塊的尺寸是9.25mm×15.5mm×2.6mm，可以為設計人員節省十分寶貴的電路板空間，并且提高了功率密度──這是一個很有價值的貢獻。
ip1202的每一個通道都使用簡單的電阻分壓電路，它的各路輸出電壓可以獨立地進行調節，輸入工作電壓的范圍從5.5V至13.2V，作為前端電路的直流母線電壓轉換器為它供電是很容易的。利用這個負載點轉器解決方案，可以實現獨立的15A輸出或者兩相30A輸出。用直流母線電壓轉換器為ip1202供電，產生三個輸出，它的總效率如圖8所示。

在器件上有一個設定電流過載保護的引腳，可以用它設定電流過載保護電路在什么時候起作用?？梢园阉B接成栓鎖，或者在檢測到短路時自動啟動。對于現在的電訊系統或網絡系統中，這是很重要的，因為很多電訊系統和網絡系統是在距離很遠的地方，增加它們正常運作的時間，具備自動啟動的能力，可以降低維護成本，也是很方便的，這些都會影響服務質量。
此外，ip1202可以與其他的負載點轉換器同步，這樣輸入端的EMI濾波電路可以簡化。為了對印刷電路板進行準確的熱設計，這個基本電路塊在設計時也保證功率損耗在一定范圍之內，它們有一個安全的工作范圍。對于使用分立元件的傳統電源電路，熱設計的計算是很復雜的，也很花時間，許多與功率損失有關的一次近似變量都必須慮到。而且，布線和雜散寄生參數這些二次效應造成的損耗實際上都沒有考慮進去。在設計開發階段，更難把二次效應準確考慮在內。
由于功率損耗額定值保證不會超過某個最大值，由于SOA是有保證的，在進行熱設計時，需要考慮的問題得到了簡化。因為功率損失有一個限度，是已知的，是經過測試的，可以很容易地與SOA連系起來，因而可以可靠地、安全地長期運作。技術專區慕展上，世強帶來的SiC、GaN、三電平讓你的效率直達最high點如何利用二級輸出濾波器防止開關電源噪聲陶瓷垂直貼裝封裝(CVMp)的焊接注意事項及布局DC-DC轉換器的平均小信號數學建模及環路補償設計常用基準穩壓電源產生辦法有哪些？