使用中間總線結(jié)構(gòu)時(shí)需要注意與考慮哪些問題

由于最近中間總線結(jié)構(gòu)（IBA）受到普遍重視（如圖1所示），因此很容易產(chǎn)生這樣的錯(cuò)覺，即中間總線結(jié)構(gòu)將取代在PCB上提供多路電壓輸出的所有傳統(tǒng)方法。在許多特定情況下，采用IBA結(jié)構(gòu)確實(shí)會(huì)使電源解決方案的體積、效率和成本有很大改善，但在另外一些情況下，這些參數(shù)中的某項(xiàng)或多項(xiàng)卻可能變得更差。因此必須根據(jù)不同的設(shè)計(jì)情況來決定是否使用IBA，下面討論必須考慮的一些問題。

首先，要確定是否真正需要使用中間總線。在有些PCB上，電源功率水平特別高（例如500W），因此通過較高電壓（如12V）進(jìn)行功率傳輸以保持低電流水平就變得十分必要。然后，在靠近負(fù)載點(diǎn)的地方利用非隔離變換器將電壓降到所需要的邏輯水平。但經(jīng)常發(fā)生的情況是，由于邏輯電路的敏感性或者需要將負(fù)載附近的電路板空間用于邏輯互連，從而無法將非隔離變換器放在離負(fù)載比較近的地方。隨著非隔離變換器和負(fù)載之間距離的增加，中間總線的價(jià)值也逐漸減小。在極端的情況下，如果非隔離變換器放在離總線變換器不遠(yuǎn)的PCB邊緣，那么中間總線本身根本無法提供什么直接價(jià)值。

第二，輸入電壓的特性也影響到總線變換器的性能。對(duì)于輸入電壓波動(dòng)范圍很小的系統(tǒng)（如48V±10%），總線變換器就不需要穩(wěn)壓，它只提供電氣隔離和固定的降壓比。因此，這種類型的總線變換器效率非常高，并且可以在較小的封裝內(nèi)處理較大的功率。例如，SynQor公司提供的一款1/4磚總線變換器（參看圖2）能夠以96%的效率提供12V下240W的電源功率，而且在60℃和200 LFM氣流下沒有功率降低的現(xiàn)象（請(qǐng)參考效率和功率降低曲線圖3和4）。但是如果輸入電壓范圍比較寬（如36V~75V），那么變換器就可能需要穩(wěn)壓功能，目前此類變換器產(chǎn)品中最好的產(chǎn)品效率仍然較低，并且其功率密度僅有SynQor總線變換器的一半左右。因此，這種情況下采用中間總線結(jié)構(gòu)的總成本就相對(duì)更高了。

第三，需要確定是購(gòu)買成品的非隔離變換器模塊還是自己直接在PCB上設(shè)計(jì)所需要的非隔離變換器。對(duì)于后一種情況，材料和直接制造成本低于購(gòu)買成品模塊的價(jià)格，因此似乎能夠節(jié)約相當(dāng)?shù)某杀?。但是，這樣做的代價(jià)是所獲得的變換器不是經(jīng)過預(yù)測(cè)試的直接可用的解決方案。為此必須投入相當(dāng)?shù)?a target="_blank">工程資源完成設(shè)計(jì)、進(jìn)行器件質(zhì)量保證，同時(shí)還必須針對(duì)生產(chǎn)和現(xiàn)場(chǎng)使用過程中不可避免的故障現(xiàn)象進(jìn)行無休止的設(shè)備和問題分析。雖然這方面的工程成本難于計(jì)算，但成本確實(shí)非?？捎^。

在決定非隔離變換器的設(shè)計(jì)時(shí)，一個(gè)有趣的問題是如何優(yōu)化中間總線電壓來獲得最佳的總體系統(tǒng)效率。隨著總線電壓從12伏降至9伏或7伏，非隔離變換器的效率可以更高，但總線變換器卻并非如此。并沒有一個(gè)適用于所有情況的最佳總線電壓存在，究竟采用什么電壓取決于特定的電壓和電源功率要求。如果購(gòu)買成品非隔離模塊，優(yōu)化中間總線電壓是不可能的，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品要么是采用12V輸入電壓，要么就是3.3V~5V（這就有點(diǎn)太低了）。

第四，IBA結(jié)構(gòu)相對(duì)于傳統(tǒng)方法的價(jià)值依賴于PCB上所需要的功率/電壓水平組合情況。例如，如果需要四路輸出電壓，每路功率為40~50瓦，那么傳統(tǒng)的方法通常是采用四個(gè)隔離1/8磚變換器，而IBA方法可能需要一個(gè)1/4磚總線變換器和6個(gè)非隔離變換器（對(duì)于要求較大電流的負(fù)載，可能需要非隔離變換器并聯(lián)使用）。就目前的市場(chǎng)價(jià)格來看，IBA方案的成本比采用四個(gè)獨(dú)立隔離變換器的方案約低10~20%。

然而，如果四路輸出中包括兩路大功率輸出（如3.3V@30A和1.8V@40A）和兩路低功率輔助輸出（如2.5V@3A和1.5V@5A），那么傳統(tǒng)方案可能使用兩個(gè)隔離1/4磚變換器來獲得3.3V和1.8V輸出，兩個(gè)非隔離變換器利用3.3V輸出做為輸入來獲得輔助電壓輸出。這種情況下，成本優(yōu)勢(shì)正好反了過來，傳統(tǒng)方案比IBA方案成本要低10~20%左右。原因是隔離變換器價(jià)格的增加并不與功率水平成正比，因此數(shù)量少的大功率變換器成本要比多個(gè)低功率變換器低。

此外，如果真想通過自己設(shè)計(jì)非隔離變換器來節(jié)約金錢的話，那么利用上面提到的后一種情況可能更為容易，因?yàn)槠渲休o助電壓所需要的功率水平相對(duì)低得多。

總之，在某些情況下，IBA是一種非常有效的方法，特別是對(duì)那些要求總功率較高、輸入電壓穩(wěn)定并且需要每路功率差不多的多路輸出情況。如果自己直接在PCB上設(shè)計(jì)并制作非隔離變換器有困難，那么IBA方法更為合適。但對(duì)于目前使用的許多系統(tǒng)電源要求來說，IBA產(chǎn)品并非總是最佳的選擇。

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