现在，高功用电源体系现已有了长足进展，规划人员正在运用多个输入电压，驱动品种繁复运用的多路电压轨。由于保证PoL稳压器尽或许挨近负载的需求，规划人员需求在一个十分小的规模装满许多功率转化功用。与此一起，企业资源正趋于扩展到工程师希望的多使命境地，常常是由多面手，而不是电源专家来担任规划电源体系。因而，当今杂乱的电源要求或许令规划人员十分头痛：怎么运用不同资源为多样化的负载供给高功用电源，然后保证架构的一切部分都在其功率和散热规模内运转，一起还可优化功率和本钱方针。
新的运用带来了进一步的应战。例如，跟着迁移到更廉价、更清洁、更高效动力的发电，以及政府推进的运用，企业正在寻觅怎么可以经过转向高压直流(HVDC)配电来满意立法和本钱方针。这就需求有不同的办法为所运用的电子设备来规划电源体系。
在这篇文章中，咱们探讨了问题、技能、办法、东西和构建模块，这些都或许有助于杂乱电源体系项目的顺利完结。
老办法现已被体系需求逾越
回忆30年来，大多数体系的电源需求都选用会集式供电办法来供给。可是，电子技能的一个趋势是要求设备体积更小、更轻，而功用愈加强壮。通讯设备的开发有助于完结互联网革新，这需求布满了服务器的数据中心。体系将变得更小，供给更高的功用，而其功率要求将变得越来越严苛。
很明显，其他一些东西也需求开展——为电子器材供电的办法。大型会集式电源底子无法胜任为下一代产品供电的使命，因而，电源转化需求更挨近负载。可以用会集的盒子为设备供电的年月已一去不复返了。
电源转化需求满意新负载的不同要求：一个电压不或许适宜一切负载。现在的负载需求多路电压轨，要求满意严厉的调整率的要求，而且需求快速的瞬态呼应。因而，电源转化有必要成为体系的一个组成部分，需求规划在设备的内部和外部。
跟着器材需求更挨近负载点的推进而变得越来越小，咱们现已看到热耗散密度跟着时刻推移而上涨的趋势。开发更小功率元件的推进力现已超出了相应的功率改进。多年来，比如砖型电源的器材形成了电源体系的中坚，其功率密度正受到了约束。应当清楚的是，除了更有功率，功率元件还需求愈加强于散热，并支撑灵敏的热办理。
新式功率元件完结了新办法
没有封装技能的底子前进，功率密度就不能持续进步。可用于现代体系构建模块的新式功率元件正在开发，这些模块可供给更高的功率密度、更好的散热功用、更大的降压比和集成的磁性结构。这些元件也有助于全新配电规划的呈现，包括分比式电源架构(Factorized Power Architecture，FPA)，并支撑高压直流(HVDC)等新的运用，这有助于进一步进步功率，并运用代替动力。
那么，工程师怎么充分运用现在可用的高功用构建模块，仔细考虑并着手构建一个规划，担任规划一个项目中的优化的电源体系呢?这确实是一个困难的挑选——特别是当这不是你的专业范畴时。这儿所需求的是一种有许多支撑的无危险办法，不允许犯错;从头投片价格昂贵，而且或许会导致错失机遇。
站在电源规划立异前沿的公司Vicor现已首先推出了功率元件规划办法。工程师们可以运用一种卓有成效的办法，选用业界老练的元件，可预见和经济高效地装备高功用电源体系。
功率元件是由专业电源工程师针对功率、功率密度、瞬态呼应和EMI进行了全面优化的专用模块。经过这种办法，而不是运用分立元件开发电源链，一切这些要害参数都现已过优化，并为规划师预备好了针对任何电源规划项目的一个最适宜的解决方案。别的，这些模块的结构彻底适宜未来的规划重复运用，节省了时刻和精力。
假如再结合可用的系列东西和资源，这种办法将以更低的危险完结一个愈加快速和愈加简略的规划周期，来完结项目，并将产品推向市场。
功率元件规划办法有三个进程：确认、构建和施行。
进程1—确认
这是一个项目电源需求的“全局”观，界说了电压轨数量、电压和电流的需求，一起考虑项目的时刻。在这个阶段，要做出这些需求的列表，并开端考虑可以用来满意这些需求的产品类型。
图1：第一步是列出项目的电源需求。在咱们的这个比如中，咱们假设有11路电压轨，以递减功率等级列于表中。为了便利，咱们称之为主电源轨(MR)和辅佐电压轨(AR)。备注栏中包括了一切特别要求。
什么样的产品可以满意要求呢?有许多这种信息的来历。例如，Vicor供给了一种解决方案挑选东西，可以查找可用元件的数据库，并引荐满意客户的输入和输出需求的解决方案。运用一个智能东西，如Vicor解决方案挑选东西(solution selector)，可将发生或许元件的候选者名单所需求的时刻缩短到简直为零，而且可以很容易地依据对运用来说最重要的规范，为特定规划挑选一个最佳的元件。大多数工程师恰恰没有令人奢求的“学习时刻”来手动完结这项重要使命。
图2：运用Vicor的PowerBench东西来简化元件挑选进程。
有哪些是可用的典型功率元件：
首先是功率传输。在这儿，功率元件有必要选用高压直流或交流电源，并把它改换为一个安全特低电压(SELV)。在许多高功用运用中，工程师们正在运用高电压和高电流将电源供给给他们的体系。由于来自器材的散热，挑选热习惯的元件至关重要。这些元件将需求放置在体系内部的多个方位。这包括在一个机箱或主板上装置的电源体系，而每个元件的相应冷却都需求加以考虑。
接下来是从SELV传送功率至负载点。工程师们需求为他们的运用慎重挑选恰当的电压轨。过多的转化级将下降运用的功率。近年来，电源规划现已开端从12V轨转向可供给更高体系功率的48V轨。咱们面对的应战是挑选可以以最高功率供给适宜功用的最佳元件。像Vicor的Whiteboard东西可协助工程师们运用不同SELV来评价其规划的功用。
总算有了负载点元件的挑选。依据挑选的SELV，工程师需求挑选到达PoL要求所需的元件，以便可以在高电流时到达低于1V。其间的阻隔和调理是必需的，可以运用DC-DC转化器，如Vicor DC转化器模块(DCM)。规划人员还可以运用专为分比式电源架构规划的元件，其间的调理和电压改换/阻隔功用是分隔的。挑选后者有助于规划人员取得高功率密度，这相当于具有了在一个小空间内转化许多电能的才能。
进程2—构建
构建体系的第一个进程是创立一个电源体系的方框图，从输出开端，然后向输入后向推进。从最低功率等级开端它的运作更好，并从那里持续作业，以便可以检查功率元件类别，并随功率等级的增加在必要时做出改动。
依据恰当功率等级挑选正确的元件类别十分重要。例如，在低功耗条件下，体系级封装产品(SiP)，如Vicor ZVS降压稳压器是最好的解决方案。在较高功率等级，更好的办法或许是运用Vicor的ChiP产品(Converter housed in Package，转化器级封装)。依据驱动负载所需的电压轨数量的杂乱性，可以在运用中运用SiP和ChiP的组合。
这将有助于完结体系内的最大功率密度和本钱效益，并坚持体系中每个器材的高功率运转。
回头看一下图1，很明显，前三路电压轨(MR#1、2和3)是需求最高功率等级器材的电压轨，而终究五路电压轨(MR#7直到AR#2)是功率等级最低的器材。其他的(MR#4直到MR#6)介于两者之间。在这儿，规划人员将需求运用自己的判别力，决议器材方面的挑选。完结了输出作业后，就可以开端在体系框图类别中树立一个咱们需求的电源模块和功率等级的画面。
第2步-构建-按类区别
图3：从电源轨的需求剖析，咱们可以判别最适宜的功率元件类别。
第2步-构建-框图-作业回到输入端(2)
第2步-构建-框图-如需求优化评价
图4：持续方才的作业，咱们可以确认为每路电压轨供给功率等级需求的元件类别。在这个级，咱们应该时刻紧记保证咱们平衡负载，并运用每个器材的功率容量所需的功率等级。在这儿，咱们看到了咱们本来估量的优化。第2步-构建-终究框图
图5：在这儿，咱们看到现在引入了驱动电压轨的ACFE。这儿十分重要的是判别每路电压轨上的负载，并保证负载均操作于挨近具有适宜安全裕度的最大值。
进程3—施行
一旦模块完结，规划人员需求为这些模块匹配器材编号，一起留意完结功用和仿真各自功率转化元件链的一切专用电路。需求开发的其他电路或许包括滤波器、坚持电路和电源时序。在规划的这个阶段，工程师还应该考虑散热、端接，以及封装留意事项。
在咱们的比如中，对电源有一些特别的要求：在辅佐电压轨上升之前，MR#3上有一个推迟;而对MR#3严厉调控将需求运用一个遥感回路。为完结准确的负载电流约束和准确匹配电压轨和负载要求的其他参数，考虑装备PRM也是有意义的。
关于那些需求运用PRM来调整规划的工程师们，Vicor供给了一个PowerBench仿真东西，可协助进一步了解体系的功用。
图6：PowerBench PRM仿真东西。
规划和开发东西
在曩昔，工程师们是经过参阅器材数据表的核算，做出元件挑选并剖析每一级的电源体系功率(和总体系功用)。
从数据表检查成效
图7：取得功用信息或许既费时又吃力。
尽管彻底令人满意，但这种办法或许会变得有点单调乏味。为了简化规划流程和节省时刻，Vicor最近推出了PowerBench白板东西(whiteboard)。白板东西是运用一组适宜的Vicor电源转化元件规划和剖析电源体系的一个在线东西。运用白板东西就不再需求检查包括在数据表中的运转和功率参数，工程师只需运用在线东西制作出电路框图，一切核算即可在几毫秒内完结。
由Powerbench白板东西发生的更准确、更实践的转化功率达93.17%(以毫秒为单位主动生成)
图8：白板东西选用以毫秒为单位的主动剖析规划，并供给功用数据，节省了时刻和精力。
经过将体系了解的草图符号保留在白板东西上，增加参数主动查找和核算，白板东西可进一步缩短运用功率元件规划办法完结一个规划的时刻。
此外，Vicor的解决方案挑选东西还可与白板东西紧密结合。因而，解决方案挑选东西引荐的规划可以主动将规划导入白板东西，这样工程师就不需求自己制作体系。这时，工程师可以调整规划，以进一步满意他们的需求，并快速了解规划的功率。
定论
功率元件现已成为协助工程师为当今电子体系规划杂乱、高功用电源体系的一个要害因素。由于电源规划专家现已优化了功率、功率密度、瞬态呼应、EMI和本钱效益，简直一切电子工程师都可以运用这些器材开宣布一个电源体系，来满意具有应战性的高功用要求。
在要求更好散热功用的推进下，近期呈现了许多功率元件立异。ChiP渠道供给了选用双面冷却的强于热散热的解决方案，是板上电源一个很好的典范。在未来，其他立异将进一步简化电源体系规划人员的使命，特别是在电源的前端。
这篇文章标明，功率器材规划办法供给了一个简略的三步办法，使工程师，即便不是电源专家，也可以构建可以供给高功率和高功率密度的杂乱电源链。经过运用在线东西，这种办法得以进一步简化。可是，不像许多规划方案那样，功率元件规划办法消除了来自规划进程的苦楚和危险，而无需工程师花时刻学习技能。无需特别培训，工程师们就可以运用这一办法，缩短研制时刻，一起保证优化他们的下一个电源链，以供给所需的功用。
