有幾個電源供應商正在合力搭建一個可以簡化數字電源模塊內部構造的框架,以提供給設備制造商使用。一套標準可以在不同的供應商模塊間確保second sourcing(第二供貨源)和兼容性。
近些年中電源的兩個流行趨勢--分布式操作電源和數字電源--是由三家主要的電源供應商牽頭的全方位嘗試的核心內容,以使設備制造商的電源系統設計更簡單化。去年11月,Ericsson,CUI和Murata三家公司成立了現代電源架構(AMP)聯盟,以搭建出符合通用電子和物理規范的數字電源模塊的框架,通過第二供貨源很容易得到這些規范。
AMP聯盟做得不止是先前所講的標準化工作,這個標準被限定到電源供應規范上來定義模塊的監控、控制和通信功能。AMP聯盟還期待能創造出即插即用互操作性的通用配置文件來確保每個公司產品間的兼容性。
這個聯盟已經為數字負載點轉換器定義了兩套標準。其中“microAMP”規范覆蓋到了水平垂直配置額定值在20到25A的供應,而“megaAMP“規范定義了40到50A水平垂直單元的條件。對于高級總線DC-DC轉換器,標準“ABC-ebAMP”涉及到高級八分之一磚58.42x22.55mm并且額定值為264到300W的型號。對于四分之一磚供應,即58.42x36.83mm、額定值未420到468W的型號,該聯盟也已經定義了“ABC-qbAMP”標準。
聯盟成員很快把符合定義標準的產品帶到市場上。表1顯示現有的符合microAMP和megaAMP規范的產品,而表2則顯示了符合高級ABC-ebAMP和ABC-qbAMP標準的產品。
Standards | Designation | CUI | Ericsson Power Modules | Murata |
microAMP | microAMP-25 | NDM2Z-25 | BMR463 | OKDX-T/25-W12-001-C |
megaAMP | megaAMP-40 | BMR464 |
OKDX (SIP) OKDY (SMD) OKDH (TH) |
|
megaAMP | megaAMP-50 | NDM2Z-50 | BMR464 |
OKDX (SIP) OKDY (SMD) OKDH (TH) |
表1:數字負載點模塊(來源:AMP聯盟)
Standards | CUI | Ericsson Power Modules | Murata |
ABC-ebAMP |
NEB-D NEB-N |
BMR457 | |
ABC-qbAMP |
NQB-D NQB-N |
BMR456 | DBQ |
表2:高級總線轉換器(來源:AMP聯盟)
通信驅動著市場
永無止境增長的數據上驅動著OEM廠商去搭建更為強勁的通信網絡,這個反過來增加了電源產業的壓力。愛立信移動報告預測到2017年,全年IP流量會達到7.7zb(7.7x1021),這個數據在2012年是2.6zb。趨勢將由云服務、視頻通信和大肆宣傳的物聯網所引導。IP流量的膨脹將會進一步增加數據網絡電源系統上的壓力。高級處理器和FPGA的增長被期待來迎合這個趨勢。在過去,OEM廠商會設計出通用電源供應,它們可以應對特定的電壓和系統的電子和物理需求。然而,由于投入市場所需時間的壓力還有設備制造商難以支付制造自家電源系統的現實,他們期待電源系統公司設計出一個標準電源模塊的解決方案。
“市場正在向更高電流和“極佳”電源發展,電源模塊期待可以在任何環境下從一種電壓轉換到另一種電壓,”CUI公司高級副總裁Mark Adams說,“更多的客戶正依賴電源模塊來完成這個任務。他們并沒有電源工程師。”
科技的巨大發展,伴隨著反復強調的節能,給電源系統公司增加了巨大的設計挑戰。“半導體技術和系統級性能的發展已經在板級電源基礎設施上有了重大的影響”,村田公司市場營銷副總裁Steve Pimpis說,“摩爾定律一直在驅動著設備密度,間接導致了更高的電源頻率和更低的電壓。在一個單板上,有20種不同的電壓軌,低至0.5V甚至還在降低,并且負載電流超過了100A,電源已經成為了系統構架的主要挑戰。”
數字電源的井噴
電源模塊的井噴得益于十幾年前的數據通信和電信網絡,那些網絡使用采用分布式操作電源架構,在每一個控制點上鏈接一個前端AC到DC電源單元到DC到DC模塊。這些模塊將來自前端的48V輸出轉換至合適的電壓。盡管在分布式電源時代,5和12V是主要的電壓,近些年來3.3V或者更低的電壓已經變得更為流行。
早期,這些系統是模擬-控制的。近些年見證了數字控制的不斷發展,得益于復雜的電源管理IC,它們可以實現如帶有控制斜率的電源供應定序之類的功能。
數字控制環路的使用可以提升電源轉換效率,特別是在過多能量消耗和余熱發電的低負荷中。一個擁有中間控制總線和復雜點轉換器的數字控制環路可以動態變化中間總線的電壓以適應負載變換。在低負荷下負載點的輸入電壓被減小,從而提高了轉換效率。
復雜ASIC的使用已經實現了輕松地執行一些任務如電壓跟蹤、定序、頻率調節還有動態的核電壓自適應以控制功耗。這些功能更有利于數字電源轉換器的使用。
“如今我們正在直面模擬電源技術的局限問題,模擬電源技術曾在過去四十年中主導電源技術框圖,”村田公司的Pimpis補充到。“比起模擬PWM架構,數字控制的電源模塊能夠提供多重優勢。盡管這些優勢已經被人們認識有一段時間了,實際實現卻一直被尺寸和成本限制所拖延,但是現在數字控制轉換器如今已經達到了可以支持它們廣泛被采用的成本利潤閾值。”
對高能效電源系統的不斷需求以及電源產業開發的新技術,這使系統架構在節省能耗的同時可以管理更復雜的電源結構,促進了數字電源的使用和數字電源管理的新思路產生,”愛立信電源模塊公司市場經理Patrick Le Fevre說。“數字電源的推廣意味著板級電源模塊已經從被動的單元,只是需要把一種輸入電壓轉換為另一種,變成包含了模塊和系統間重要互動通訊的系統上的一個組成部分。”
數字電源模塊的活躍范圍不僅局限在電信領域,也同時發展到了其它領域。“數字電源正在進入到主流行列當中”,CUI公司的Adams補充道。“在電信業在智能化功能上走向數字化時,醫藥和工業也會向這些供應發展。”
隨著數字電源的增長,行業呼吁提出一些標準可以超出早期聯盟的形式和密合系數,以包含一些模塊可以電兼容的保證。這個可以幫助實現數字電源模塊可以提供的功能,如活躍電流共享,電壓定序和跟蹤,軟件啟動和停止,還有同步。
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