随着资讯系统架构的快速发展，近几年来电源分配架构也出现极大的改变。本文主要讨论电源分配架构中重要的三大转变，包括中间汇流排架构的问世、数位控制技术的出现以及采用负载点电源管理技术的新趋势。以上每项转变都可被视为电源分配技术的一个新突破，大幅提高系统使用寿命和效能水准。

中间汇流排架构

从系统设计的角度看，电源管理技术大约在五年前便进入一个转捩点。对于桌机架的电讯及资料通讯设备来说，利用风扇散热的散热方式已到了瓶颈无法进一步突破极限。

这些年来通讯设备的频宽不断提高，资讯内容也越来越多元化，但仍然无法满足广大用户的要求。用户的要求越高，通讯设备便要加设更多数位讯号处理器（DSP）、现场可程式闸阵列（FPGA）以及数位特殊应用积体电路（ASIC），以致负载数目越来越多，加上负载本身也越趋复杂，令传统的电源分配架构无法满足新功能的供电要求。(图一) 所示的传统式电源分配架构，采用隔离式多输出的直流/直流转换器模组 （砖块），而且每张插卡分别设有自己的转换器。这个架构的每一负载电流都相当高，使得转换器砖块与每一负载点之间的电路板路径出现 I*R 压降，导致电压极不稳定。

解决办法是将隔离屏障、降压及负载点稳压分为两个不同的转换级，以取代多输出转换器砖块。这个架构上的改变，如(图二)也有其本身的问题要解决；例如，每一转换级必须占用不超过原有解决方案体积的一半空间，而且整体来说串列组合也必须能够发挥更高的效率。

这个架构一般采用成本较低而稳压效果较差的初级转换级执行绝缘及降压功能，而负载点附近则另有效率较高的高精度次级转换级。这个初级转换级称为中间汇流排转换器（IBC）。一般来说，中间汇流排转换器会为变压器设定“伏特× 秒数”这个恒定乘积，以稳定线路输入电压，但负载变动稳压效果一般都差强人意，约为 (10％。

整个稳压过程大部份就在初级完成，监控按照匝数比反射至辅助线圈的输出电压。系统启动后，辅助线圈也会为初级线圈控制电路、驱动电路及稳压电路提供供电。相较之下，设于负载点的稳压器可以为负载提供极稳定的稳压效果，一般不会超过(1％，而且不用隔离。电信通讯系统的初级电源分配汇流排都在-36 至-72 伏特（V） 的电压范围内作业，而资料则通讯设备的汇流排则在+43 至53 伏特的电压范围内作业。中间汇流排的作业电压通常介于 8 至 14 伏特之间。

电源分配架构出现这样重大的改变之后，积体电路、稳压器及模组式直流/直流转换器也受其影响而出现飞跃的发展。最近业界更积极讨论为负载点稳压器制定一个业内标准。

目前业界已成立了三个联盟组织，努力为封装及介面制定通用的业界标准。这个发展也导致供应链出现微妙的变化，部分供应商开始推出与以往不同的产品。例如，半导体制造商开始生产模组式功率转换器，而电源供应器制造商开始自行设计矽片并在这个基础上推出采用 CSP 封装的稳压器。

[备注：三个联盟组织分别为电源分配开放式标准联盟（DOSA）、负载点联盟 （POLA）以及电源供应器厂商会（PSMA）的板上贴装电源供应器（BMPS）计划。 ]

数位式电源

数位控制系统在成本、设计灵活性及可靠性等方面都有很大的优势，这是采用数位控制技术的三个主要原因。由于制程技术越趋精密，数位晶片体积也越趋细小，令数位晶片的功耗比类比晶片少。

此外，数位控制系统还有更强的杂讯抑制能力，以及能充分利用先进的自适应快速控制功能，让设计电源供应系统的工程师可以透过电源因素改善技术及谐振转换布局。由于这两种新技术较为复杂，因此类比控制系统一直无法充分加以利用。但舍弃类比控制改用数位控制是一个风险颇大的转变。

部分思想保守的电源供应系统设计工程师多年来一直采用类比控制系统，甚至因为惯用类比系统而变得因循苟且。对于他们来说，数位控制是一个全新的概念，也是一种全新的工具。例如，领先/落后补偿要改为比例积分导出（PID）控制。取样理论及时域分析成为常用的工具，而客户也预期复杂的图像用户介面能输入控制系数以及模拟供电系统的效能。

一直以来，数位控制技术主要用于一些特殊的应用系统，例如部分应用的负载系统时间常数相当长，有足够​​的时间容许即时计算脉冲宽度及参考对照表，所以一直以来数位控制技术主要用于这类系统。设有电源因素改善功能的充电系统，例如电话交换机的整流器，便是一个好例子。

医疗设备是另一充分利用数位控制技术的好例子。美国食物及医药管理局（FDA） 对病人可以承受的高能辐射量有非常严格的规定。数位控制系统具有可重复性及自动校正等优点，因此是医疗设备的首选控制方案。

供电系统是否容易让人管理

由于电源分配架构的负载数目不断增加，而且负载本身也越趋复杂，因此系统设计工程师必须解决负载电源的管理问题。像可程式闸阵列及数位讯号处理器等复杂负载尤其需要电源供应系统为其核心及输入/输出分别提供不同的供电。

根据摩尔定律（Moore's Law）的预测，核心处理器将会越趋小巧精密，而且很多是以1 伏特或更低的电压作业，但输入/输出则受制于通讯介面标准，只能以传统的电压（例如3.3 或5.0 伏特）作业。由于这些子电路通常以积体电路内建的反向偏压ESD 二极体所分隔，因此积体电路的供电必须按照特定的时序提供及终止，而且系统必须追踪供电情况，以免电路出现锁定及损毁。

此外，复杂的负载在进行自动测试时经常需要加以「边际电压调节」（voltage margining），甚至要向系统提供相关状态及其瞬间功率耗消的资料。 「作业期间控制」（Run-Time-Control）功能便是这样的一种技术。每当中央处理器获得电源供应时，供电电压会追踪其时脉，以便为中央处理器提供足够的供电，并确保中央处理器在特定的工作模式下正常运作。电源管理能力就是可灵活配置电源供应系统的一种能力，以便系统可以充分利用感测参数如温度、气流或讯号完整性，并自动为感应器这些感测数字提供补偿。

如果离散式电源管理系统占用越来越多电路板空间，以致占用面积几乎接近输电系统的面积，便必须采用整合式供电系统管理技术。电路板的空间非常宝贵，用于管理供电系统的空间增加，也就表示用于支援资讯内容及频宽的空间会受到压缩，因此也必须采用更高度整合的电源管理系统，导致最后不得不采用一个可支援诊断、内建测试及供电系统配置等功能的通用标准。另一个迫使采用整合式电源管理系统的原因是为了进行高功率作业，保持高度的稳定性及确保不会出现故障。

结语

总体来说，电源管理技术不但非常有用，而且日渐受到重视。系统到头来能否真正发挥卓越的效能，很多时取决于所采用的电源管理技术，因此懂得电源管理技术真正价值所在的半导体厂商都在构思电源管理架构的最初阶段时，便征询客户的意见以了解其需求，不会在开发周期的最后阶段才与其客户磋商，因为到了这个阶段，可以改善的空间已不多。电源分配架构技术的最新发展充分显示厂商与客户的密切关系，换言之，双方越早合作，新技术便越能满足客户目前及长远的要求。

（作者为美国国家半导体类比电源管理产品部行销总监）

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