中心議題：

• 集中式
  、分布式、中專母線等電源架構的特點
• 電源分比式功率架構發展趨勢和特點

解決方案：

• 在分比式架構穩壓功能由PRM提供可遠離負載
• 分比母線無須受負載電壓限製
• 可以用不同的方法來控製VTM的輸出電壓

近年電子及數據產業的發展及分布式供電係統的推廣
，DC-DC轉換器的應用越來越廣
，新的微處理器

、記憶體、DSP及ASIC都趨向要求低電壓
、大電流供電。麵對新世代的電子器件和負載
，電源業要麵對重大的挑戰，產品除了能在低電壓輸出大電流外，還要做到體積小、重量輕、動態反應快，噪聲小和價錢相宜。這些需求促使業界重新審視現有技術和架構。

電源架構的發展(CPA)
　　
集中式電源，這是最基本的電源結構，簡單、成本輕。它把從前端到DC-DC轉換的功能集中在一個框架，減少占用負載點的電路板空間，避免串接作多次功率轉換，效率較佳，也相對能容易處理散熱及EMI問題。設計師也需要在I2R功耗與EMI兩方麵平衡考慮
，決定電源與負載的距離。雖然集中式電源在很多應用上運作良好，但對要求低電壓、多個負載點的應用，不是很適合。
　　
分布式架構(DPA)
　　
自80年代，電源模塊麵世後，分布式架構被廣泛采用，成為最常用的架構。(磚式的電源模塊齊備了DC-DC轉換器的三項基本功能:隔離、變壓和穩壓，工程師可以把電源模塊置在係統電路板上，靠近負載供電。分布式架構是由較粗糙的DC母線(一般為48V或300V)供電
，再由放置在係統電路板旁的DC-DC轉換器轉換成合適的電壓為負載供電。這種布局可以改善係統的動態反應
，避免整個係統在低電壓操作所產生的問題。
　　
分布式電源的成本一般較高，尤其是在負載數目多的情形下，需要占用較大的電路板空間。而且在每一個負載點都重複包括隔離、變壓

、穩壓、EMI濾波和輸入保護等功能，模塊的成本自然增大。
　　
中轉母線架構(IBA)
　　
中轉母線架構(圖1)彌補了分布式電源架構的缺點。它把DC-DC轉換器的隔離
、變壓及穩壓功能分配到兩個器件。IBC(中轉母線轉換器)具變壓及隔離功能。niPoL(非隔離負載點轉換器)則提供穩壓功能。IBC把半穩壓的分布母線轉為不穩壓及隔離的中轉母線電壓(一般是12V)，供電給一連串的niPoL。niPoL靠近負載
，提供變壓及穩壓功能。

IBA的理念是把母線電壓降至一個稍稍高於負載點的電壓，再由較便宜的降壓器(niPoL)來完成餘下的工作。降壓器(niPoL)經由電感器傳輸電壓到負載，這電壓相等於上開關和下開關共同端電壓的平均值，等如上開關電壓占空比與中轉母線的乘積。
            
中轉母線架構的問題是令IBC和niPoL均能有效操作的條件是互相衝突的。圖2比較了多個把48V分布母線轉為1V用的方法，各分布母線的寬度代表了所帶的電流。
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第一個例子顯示由48V直接用niPoL轉為1V，雖然電流和功耗都很少
，但niPoL的占空比隻有2%。占空比太低，會引發高峰值電流

，輸入輸出紋波太大，瞬態反應慢
，噪聲高及功率密度低等問題。
　　
第二個例子，以IBC轉換48V母線至12V中轉電壓，niPoL的占空比是8%，改進不大。而IBC所帶的電流比第一個例子高四倍。避免分布損耗
，母線的截麵麵積需增大16倍
，或縮短IBC與niPoL的距離。
　
　
餘下兩個例子顯示利用IBC轉換48V至3V或2V。電壓越低，占空比越高。但中轉母線電流亦越大，分布損耗更多。由於母線電流高
，在這兩個例子中
，IBC與niPoL要靠得很近。在2V的例子，niPOL的占空比是50%,很好,但此時IBC要跟著niPOL的尾巴走,彼此靠近得如同整體是一個DC-DC轉換器,說明將DC-DC轉換器分開兩個器件的甩的在IBA是達不到的
，重複分布式架構的困局
，不能發揮IBA的優點。
                 
IBA的另一個問題是niPOL的瞬變反應。niPOL能否快速地按負載變化加大或減少電流呢?它的根本難處是它把電感器放錯了位置。
　　
電dian感gan器qi內nei的de電dian流liu變bian化hua率lv由you加jia於yu電dian感gan器qi上shang的de電dian壓ya決jue定ding。在zai低di電dian壓ya應ying用yong時shi，當dang負fu載zai處chu於yu大da電dian流liu狀zhuang態tai
，它ta的de電dian流liu變bian化hua率lv受shou輸shu出chu電dian壓ya所suo限xian。當dang輸shu出chu電dian壓ya越yue低di，電dian流liu變bian化hua率lv越yue小xiao，需xu要yao更geng長chang的de時shi間jian減jian低di電dian流liu，即ji越yue難nan停ting止zhi電dian感gan的de慣guan性xing電dian流liu
，複fu原yuan的de時shi間jian亦yi更geng長chang，需xu要yao在zai輸shu出chu加jia上shang大da電dian容rong。
　　
在niPOLqianfangzhidedadianrong，suifuzelvbojiweichidizukang，danduifuzaipangluxiaoguobuda。youyudiangandeweizhibudang，chanshengdianliuguanxing，yincixuyaozaishuchujiashangdadianrongyibaochiwending。
　　
總的來說
，IBA架(jia)構(gou)內(nei)存(cun)在(zai)固(gu)有(you)的(de)互(hu)相(xiang)抵(di)觸(chu)的(de)效(xiao)應(ying)，它(ta)的(de)根(gen)本(ben)原(yuan)因(yin)可(ke)追(zhui)索(suo)到(dao)基(ji)本(ben)的(de)奧(ao)姆(mu)定(ding)律(lv)
，隻(zhi)能(neng)在(zai)某(mou)些(xie)範(fan)圍(wei)內(nei)折(zhe)衝(chong)使(shi)用(yong)。但(dan)對(dui)另(ling)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)
，以(yi)上(shang)提(ti)到(dao)的(de)缺(que)點(dian)便(bian)浮(fu)現(xian)出(chu)來(lai)了(le)。
　　
分比式功率架構(FPATM)
　　
分比式功率架構把DC-DC轉換器的功能重新編排;並以晶片封裝的元件來實現。它的主要元件是預穩壓模塊(PRM)和電壓轉變模塊(VTM)。PRM隻有穩壓功能，VTM具變壓和隔離功能
，PRM和VTM合起來，就能實現DC-DC轉換器的功能。

PRM可接受寬廣的輸入電壓及把它轉換為一個穩壓的分比母線(Vf)傳送到VTM。VTM作為負載點轉換器，把分比母線升壓或降壓
，提供隔離電壓給負載。負載變化由反饋電路傳到PRM，由PRM調控分比電壓，實現穩壓。
                          
跟分布式架構或中轉母線架構不一樣，在分比式架構，穩壓功能由PRM提供,可遠離負載。VTM作為負載點的轉換器，它不需要提供穩壓的功能，可以無須靠近負載。它隻負責按K比值“倍大電流”或“降低電壓”(VOUT=VfK)，VTM可在整個轉換周期傳送電流
，它的占空比是百份之一百。FPA以分比母線傳輸功率，可以較隨意的選擇電壓，無須如前所述的IBA架構，因固有的衝突
，中轉電壓隻能選定在稍高於負載的電壓，否則它的占空比將無法管理。

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由於VTM負責在負載點變壓
，它的K比值最高可達到200
，分比母線因此無須受負載電壓限製，可設定在任何一點上，甚至可把分比母線設定跟電源電壓相同。如圖5，負載電壓是1V，分比母線可設定為48V，完全不受負載電壓或PRM與VTM的距離影響
，不需在輸送損耗與轉換損耗中折衝取舍。重點是FPA把變壓的部份放在負載點
，克服了IBA麵對的難題，占空比可達100%。
                 
FPA的瞬變反應較IBA理想。如前述
，IBA把電感器放在中轉母線與負載之間
，產生電流慣性。在FPA分比母線與負載之間沒有電感器(圖6)，由於VTM不受電感慣性左右，可快速的反應負載變化。在分比母線的電容由於沒有電感的阻隔，可對負載有效旁路，該電容相等於在負載加上1/K2倍電容值，這便無須在負載點加上大電容。圖7清楚表示在FPA隻需用上4uF的電容便可以取代IBA中的10000uF電容。
                                 
                           
                       
FPA的控製架構
　　
PRM內的控製係統和輔助ASICs令PRM可以用不同的方法來控製VTM的輸出電壓。
　　
本地閉環(圖8)是最簡單的方法。PRM感應它自己的輸出電壓，再調整及維持分比母線電壓在一個常數。負載電壓按VTM的輸出阻抗的比例升降(VfK-IoutRout)。一個PRM可同時連接多個VTM。
                   
自適應閉環(圖9)。由VTM把訊號傳送給PRM，讓PRM調整分比母線。以補償VTM的輸出阻抗。自適應閉環隻需要在VTM與PRM之間接上簡單、非隔離的反饋電路，它的穩壓精度便可達+/-1%。
             
遙感閉環(圖10)把負載電壓反饋到PRM。這方法的穩壓精度最高可達+/-0.2%
，但可能需要隔離反饋環路。PRM可連接多隻VTM，其中一個VTM提供反饋訊號。
                
分比式功率架構
，未來的電源架構
　　
盡管IBA對於低電壓應用
，它仍然是有效及成本低的方案，但由於IBA有其固有的局限，在結構上互相衝突

，它需要妥協折衝傳輸損耗與轉換損耗，及犧牲瞬變反應。
　　
反觀FPA及VI晶片
，沒有了這些局限。VI晶片是非常靈活、高效的元件
，它可以用在集中式、分布式和中轉母線架構
，工程師可即時提升係統的表現，大大縮小係統空間，改善瞬變、散熱噪聲等的問題。FPA及VI晶片
，將是未來電源架構及元件的典範。