在过去的十年中,电力电子行业不断被更便宜的电源需求推动着。那种认为“电源是一种无可避免的灾祸”的说法仍然是基本的观点,即使是在要求其器件有更高的性能和效率的领域。
虽然上面的说法是真的,但电源已不是让互联网工作那么简单了;它是推动网络中的交换机、路由器、服务器等复杂处理的基础设施,人们正迅速意识到,当性能和效率是当务之急时,电源系统已不再是一个事后的想法。

时代在变
在一个典型设计项目开始时,营销需求文档被交给工程团队,它通常可以概括为一句非常简单的话——“对于这个项目,我们需要在同一个PCB空间,并以相同的材料成本实现两倍以上的处理能力。”
由于制造业的进步已经实现了更高密度的处理能力,半导体公司已经能够保持这些市场需求的领先地位。但是,这样做是以需要更高功率芯片的成本为代价。75A 以上的板级电源轨的使用只限于英特尔和AMD处理器,他们(不像大多数他们的客户)有人员众多的电源设计团队来处理这个任务。然而现在,一些利用这些新一代芯片的公司通常只有依靠非电源中心工程师的设计团队,这使其更难获得正确的电源系统。
不幸的是,电源行业一直无法与处理性能方面的迅速崛起平分秋色。电源公司使问题复杂化了,虽然需要通过可靠和安全基础设施加速来更快地访问大量数据,但是,人们期待,板上安装电源会以过去的商品价格水平跟上新水平的性能。在网络设备中使用的一些芯片成本可能高达1000美元,然而,为这些器件供电的模块焦点仍然是成本。这就像买了一辆法拉利跑车,但随后安装了一台紧凑型轿车的发动机,为的是节省成本。在外面它看起来不错,但不会得到法拉利的期望值。现实情况是,要得到(没有一个更好的词)“又好又便宜”的设计是很困难的。
联盟
针对以前的最新世代半导体,整个行业建立了一个期望和路线图的方法,他们会设计出更好的产品,更加便宜——电源应被视为一种有多个可用资源的商品。现在,对于各种先进集成电路性能的要求扶摇直上,这种预期已经不再合理。
在电路板安装DC-DC领域,引脚兼容的电源的明显驱动力一直是分布式电源开放标准联盟(DOSA),以及负载点联盟(POLA)。这些联盟的形成推动了众多隔离型和非隔离型外形尺寸电源的兼容性。POLA在2003年第一个宣布了这一举措,而DOSA是在2004年宣布的。每个联盟的目的是向客户群提供其板载DC-DC电源的引脚兼容的第二个来源。
他们每个都对此采用了一种不同的方式。POLA是一组较小的公司,意图是每个POLA电源都采用相同的原理。DOSA集中在机械方面、尺寸、引脚和功能。当时的电源企业结盟似乎合乎逻辑,是由客户需求驱动的。业界已经走出互联网泡沫,而客户群已经被单一采购和无法在经济衰退中生存的公司搞得焦头烂额了。他们被迫重新设计许多项目,以消除可能不再购买的单一采购产品。这绝非仅限于电源领域,但尽管如此它推动着整个行业多源产品的需求。
今天,DOSA继续定义标准,并在2010年加入了第一个包括数字总线的标准。另一方面,POLA似乎已经失去了重心,好几年并没有公布一个数字总线转换器或其他标准发布的部分。
像DOSA的联盟对于顾客的某些应用具有价值,但它确实有局限性。联盟的性质是专注于服务大批量或最广泛的细分市场,以便大家参与进来。然而,这仅覆盖了90%的市场份额……其他10%就是问题所在。当电源公司设计一个具体机械时,创新的机会变得很有限了。
今天的需要
电源架构设计过程通常希望尽可能多地重用以前的设计。首要任务是降低开发成本并简化AVL时,这是一个合乎逻辑的过程,但问题是,POL电源尚未跟上下一代芯片的需求。重复使用以前的电源设计的机会不再是许多新应用可行的解决方案。
在当今复杂的设计中,旧的方案不能满足一些最具挑战性的电源需求。电源设计的创新是满足那些每个轨推动75A以上要求的关键。这种性质的设计是不平凡的,要求企业接受将价值回到电源的想法。商品化的电源根本无法满足许多这样的期望。
创新与最低俗的四个字母的单词相关联,“成本(cost)”。如果你花钱在创新方面,将花费更多。在现实中却是完全相反的。当一个完整的分析已经完成时,价值或解决方案的总成本实际上应该很低。
这方面的一个简单的例子是CUI的Solus®电源拓扑结构。我们的第一个POL开发基于此获得专利的SEPIC反馈降压拓扑结构,它在瞬态响应方面具有显著的优势。这是一个问题,因为许多设计是通过在POL模块的输出端布局一个自卸车式的电容器来解决的。相比市场上竞争的数字POL产品,这种新的拓扑结构将允许昂贵、笨重的输出电容降低50%。我们的新拓扑结构除了显著增加了密度,还提供了效率。在这种情况下,你不能单独比较模块的成本。解决方案的总成本,包括所需的外部元件的成本、板的面积和设计的复杂性必须在方程中考虑到。
创新并不总是需要被限制于技术或拓扑结构。创新也适用于机械设计的改进。“我们在同一个空间想要更多”的口号通常是指电路板的X轴和Y轴。然而,在许多设计中,设计的Z轴还有一个没有被利用空间。在我们的利用Solus拓扑结构的POL设计中,CUI采取了一种独特的方法,将在垂直和水平方向提供完全相同的模块。这将允许工程师有机会利用技术和封装,发现和优化平衡,以实现自己的设计要求。

一种不同的方法
不是所有设计都需要来自它们的电源模块的突破性的性能。通过商品型电源的简单的电源转换可以满足众多需求。然而,电源企业需要向历史路径以外推进,以满足越来越多向市场推出的先进集成电路的需求。随着系统变得越来越复杂,每个设计中会有越来越多的插槽,它带来了现有电源的限制,并不能用商品的模块来支持。
通过我们的Novum®先进电源部门,我们已经制定了我们的新使命,为的是正确理解明天的网络设计的功率要求。工程师们正在寻找将致力于提供均衡产品组合,能够解决更多“标准”电源需求,以及那些推动传统电源设计极限的电源合作伙伴。CUI第一个发布了一个自动补偿POL模块和第一个50A数字POL产品,并推进了密度和性能,以满足新的更高密度/性能的要求。CUI继续投资于创新,将支持这些困难的功率要求,我们也有日益增长的产品组合,可支持广泛需求的标准化产品。此外,通过与像爱立信电源模块公司的合作协议,CUI与满足当今精密/复杂系统需求的公司联盟,提供领先的产品和与占位面积。
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