為了在保留緊湊磚型模式的同時縮減電源尺，電源制造商必須降低磚型模塊的高度并(或)盡量將外部的供電元件移至磚型模塊內(nèi)部。但同時采取上述兩種做法卻給電源設(shè)計者帶來了諸多挑戰(zhàn),其中包括：如何處理高功率密度所需的散熱問題，如何將所有必要組件集成在有限的空間內(nèi)等等。本文介紹了現(xiàn)代分布式電源架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

你如何為目前的電信、數(shù)據(jù)通信、醫(yī)療和工業(yè)應(yīng)用負(fù)載提供所需電力？是從墻角插座獲取呢還是從主電源分離而來？在過去，主要的電源架構(gòu)包括一個集總式電源單元，然后通過電纜與電源母線網(wǎng)絡(luò)在整個系統(tǒng)中實現(xiàn)分布式電源，但隨著電力需求發(fā)生變化，系統(tǒng)的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也在更迭。因為功耗需求不斷增加，半導(dǎo)體器件要求電平越來越低，為支持?jǐn)?shù)字處理技術(shù)需要更好的電源性能表現(xiàn)，同時與電力電子制造商可用的先進(jìn)產(chǎn)品相結(jié)合，目前正在實施的電源分配架構(gòu)也更復(fù)雜。現(xiàn)代分布式電源架構(gòu)（DPA）可以將集中的熱量分散到整個系統(tǒng)的不同地方，在極低電壓的前提下支持大電流，并為快速變化的負(fù)載提供出色的瞬態(tài)響應(yīng)。其他優(yōu)點還包括靈活地增加電壓或電流需求，以及在某個負(fù)載節(jié)點失效時系統(tǒng)可以繼續(xù)進(jìn)行。在三個目標(biāo)（整體性價比，最小目標(biāo)尺寸，以及高效率）的要求下，目前卓越的DPA需要注意三大主要考慮點（如圖1所示）——交流/直流前端電源，直流/直流轉(zhuǎn)換器的負(fù)載點，以及中間總線架構(gòu)（IBA），還有這三點的相互結(jié)合。讓我們仔細(xì)看看每一考慮點的功能屬性，并且研究目前已上市的一些產(chǎn)品，為設(shè)計師提供一些建議。

交流/直流前端電源

在托馬斯愛迪生、尼古拉特斯拉、喬治·威斯汀豪斯時代，曾進(jìn)行過公用輸電和配電系統(tǒng)是采用AC還是DC的爭論，最終因為其長距離傳輸?shù)妮^低損耗，AC從中勝出。目前的電子設(shè)備主要由直流驅(qū)動，需要將電壓為80到265伏、頻率為50到60赫茲的單相波形交流電轉(zhuǎn)換為墻壁插座所需的直流電源。前端AC / DC轉(zhuǎn)換概念本身相當(dāng)簡單；通過一個變壓器將高壓交流電源線調(diào)整到一個更易于管理的電壓，一般是一個正弦交流（0伏值）低電壓，再通過整流橋，生成與交流振幅等同的駐波波形直流電壓，并加入一個大電容來平滑該電壓。該平滑電壓隨后通過一個DC / DC轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)系統(tǒng)所需的穩(wěn)定直流總線電壓。交流/直流前端的典型輸出直流電壓，對于電信系統(tǒng)是48伏，對于數(shù)據(jù)服務(wù)器是12伏和24 伏，對于一些數(shù)據(jù)通信和醫(yī)療設(shè)備甚至是400伏（歐洲部分地區(qū)使用三相400伏交流輸入）。

當(dāng)前AC/DC變換主要挑戰(zhàn)來自兩大因素：功率因數(shù)校正（PFC）和諧波濾波。給定的AC/ DC電源功率因數(shù)的計算方法是負(fù)載得到的實際可用功率與電力網(wǎng)提供的視在功率之間的比值。該因數(shù)可以用于衡量功率損耗。它也可以測量諧波失真，這些失真很大程度源自整流和平滑階段AC輸入電流波形轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷鲿r出現(xiàn)的失相和非正弦信號。

低功率因數(shù)（相對于理想時的功率因數(shù)）的缺點包括電力公用事業(yè)公司無力承擔(dān)怠性功率（非真實）消耗，諧波回注電網(wǎng)時可能導(dǎo)致服務(wù)中斷，以及諧波引發(fā)設(shè)備振動時會造成安全隱患。

因此，傳統(tǒng)的簡單好用的設(shè)計已經(jīng)無法滿足PFC和諧波濾波的需求，已經(jīng)引入了標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，如大于75瓦功耗產(chǎn)品需要遵循EN/ IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)。在國際上，功率因數(shù)大于0.9的電源規(guī)范需求越來越強(qiáng)烈，同時也希望盡量限制總諧波失真。最簡單的PFC方法一般包括在AC輸入端加入電容濾波器，盡管會導(dǎo)致功率因數(shù)難以大于0.7，因此它更適合于恒定載荷。目前更嚴(yán)格的PFC要求，包括需要支持現(xiàn)代半導(dǎo)體的快速和高負(fù)荷變化，這也意味著需要采用主動式PFC，通常實現(xiàn)方式是在橋式整流和濾波電容器之間加入升壓轉(zhuǎn)換電路。

在PFC要求越來越高的同時，能效標(biāo)準(zhǔn)也越來越嚴(yán)格，哪怕是PFC會降低效率。各種大量的特定應(yīng)用監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定顯示了在所有負(fù)載范圍（滿負(fù)荷到低至10％的負(fù)載）內(nèi)都需要高電源效率。結(jié)合需要適應(yīng)不斷演化的法規(guī)以及具有競爭力的成本時需要實現(xiàn)每立方英寸功率效率的持續(xù)壓力，當(dāng)前的系統(tǒng)電源設(shè)計人員有足夠的理由來尋找一個簡單的解決方案。幸運的是，目前已經(jīng)存在完整的AC / DC前端電源模塊，可以簡化DPA的前端設(shè)計，這些模塊如表1所示（下半部分會介紹）。這些產(chǎn)品都提供了主動式PFC，負(fù)載范圍內(nèi)效率高，電源密度高以及還有過壓、過流和過熱保護(hù)。此外，部分型號還提供先進(jìn)的功能，如熱插拔功能，利于N +1冗余的有源負(fù)載共享，利于可擴(kuò)展的并聯(lián)，以及帶有I2C、PMBus或以太網(wǎng)接口的板載微處理器，以實現(xiàn)根據(jù)負(fù)載等級或其他參數(shù)的實時監(jiān)控和動態(tài)數(shù)字優(yōu)化。