在過去的十年中,電力電子行業不斷被更便宜的電源需求推動著。那種認為“電源是一種無可避免的災禍”的說法仍然是基本的觀點,即使是在要求其器件有更高的性能和效率的領域。
雖然上面的說法是真的,但電源已不是讓互聯網工作那么簡單了;它是推動網絡中的交換機、路由器、服務器等復雜處理的基礎設施,人們正迅速意識到,當性能和效率是當務之急時,電源系統已不再是一個事后的想法。
時代在變
在一個典型設計項目開始時,營銷需求文檔被交給工程團隊,它通常可以概括為一句非常簡單的話——“對于這個項目,我們需要在同一個PCB空間,并以相同的材料成本實現兩倍以上的處理能力。”
由于制造業的進步已經實現了更高密度的處理能力,半導體公司已經能夠保持這些市場需求的領先地位。但是,這樣做是以需要更高功率芯片的成本為代價。75A以上的板級電源軌的使用只限于英特爾和AMD處理器,他們(不像大多數他們的客戶)有人員眾多的電源設計團隊來處理這個任務。然而現在,一些利用這些新一代芯片的公司通常只有依靠非電源中心工程師的設計團隊,這使其更難獲得正確的電源系統。
不幸的是,電源行業一直無法與處理性能方面的迅速崛起平分秋色。電源公司使問題復雜化了,雖然需要通過可靠和安全基礎設施加速來更快地訪問大量數據,但是,人們期待,板上安裝電源會以過去的商品價格水平跟上新水平的性能。在網絡設備中使用的一些芯片成本可能高達1000美元,然而,為這些器件供電的模塊焦點仍然是成本。這就像買了一輛法拉利跑車,但隨后安裝了一臺緊湊型轎車的發動機,為的是節省成本。在外面它看起來不錯,但不會得到法拉利的期望值。現實情況是,要得到(沒有一個更好的詞)“又好又便宜”的設計是很困難的。
聯盟
針對以前的最新世代半導體,整個行業建立了一個期望和路線圖的方法,他們會設計出更好的產品,更加便宜——電源應被視為一種有多個可用資源的商品。現在,對于各種先進集成電路性能的要求扶搖直上,這種預期已經不再合理。
在電路板安裝DC-DC領域,引腳兼容的電源的明顯驅動力一直是分布式電源開放標準聯盟(DOSA),以及負載點聯盟(POLA)。這些聯盟的形成推動了眾多隔離型和非隔離型外形尺寸電源的兼容性。POLA在2003年第一個宣布了這一舉措,而DOSA是在2004年宣布的。每個聯盟的目的是向客戶群提供其板載DC-DC電源的引腳兼容的第二個來源。
他們每個都對此采用了一種不同的方式。POLA是一組較小的公司,意圖是每個POLA電源都采用相同的原理。DOSA集中在機械方面、尺寸、引腳和功能。當時的電源企業結盟似乎合乎邏輯,是由客戶需求驅動的。業界已經走出互聯網泡沫,而客戶群已經被單一采購和無法在經濟衰退中生存的公司搞得焦頭爛額了。他們被迫重新設計許多項目,以消除可能不再購買的單一采購產品。這絕非僅限于電源領域,但盡管如此它推動著整個行業多源產品的需求。
今天,DOSA繼續定義標準,并在2010年加入了第一個包括數字總線的標準。另一方面,POLA似乎已經失去了重心,好幾年并沒有公布一個數字總線轉換器或其他標準發布的部分。
像DOSA的聯盟對于顧客的某些應用具有價值,但它確實有局限性。聯盟的性質是專注于服務大批量或最廣泛的細分市場,以便大家參與進來。然而,這僅覆蓋了90%的市場份額……其他10%就是問題所在。當電源公司設計一個具體機械時,創新的機會變得很有限了。
今天的需要
電源架構設計過程通常希望盡可能多地重用以前的設計。首要任務是降低開發成本并簡化AVL時,這是一個合乎邏輯的過程,但問題是,POL電源尚未跟上下一代芯片的需求。重復使用以前的電源設計的機會不再是許多新應用可行的解決方案。
在當今復雜的設計中,舊的方案不能滿足一些最具挑戰性的電源需求。電源設計的創新是滿足那些每個軌推動75A以上要求的關鍵。這種性質的設計是不平凡的,要求企業接受將價值回到電源的想法。商品化的電源根本無法滿足許多這樣的期望。
創新與最低俗的四個字母的單詞相關聯,“成本(cost)”。如果你花錢在創新方面,將花費更多。在現實中卻是完全相反的。當一個完整的分析已經完成時,價值或解決方案的總成本實際上應該很低。
這方面的一個簡單的例子是CUI的Solus®電源拓撲結構。我們的第一個POL開發基于此獲得專利的SEPIC反饋降壓拓撲結構,它在瞬態響應方面具有顯著的優勢。這是一個問題,因為許多設計是通過在POL模塊的輸出端布局一個自卸車式的電容器來解決的。相比市場上競爭的數字POL產品,這種新的拓撲結構將允許昂貴、笨重的輸出電容降低50%。我們的新拓撲結構除了顯著增加了密度,還提供了效率。在這種情況下,你不能單獨比較模塊的成本。解決方案的總成本,包括所需的外部元件的成本、板的面積和設計的復雜性必須在方程中考慮到。
創新并不總是需要被限制于技術或拓撲結構。創新也適用于機械設計的改進。“我們在同一個空間想要更多”的口號通常是指電路板的X軸和Y軸。然而,在許多設計中,設計的Z軸還有一個沒有被利用空間。在我們的利用Solus拓撲結構的POL設計中,CUI采取了一種獨特的方法,將在垂直和水平方向提供完全相同的模塊。這將允許工程師有機會利用技術和封裝,發現和優化平衡,以實現自己的設計要求。
一種不同的方法
不是所有設計都需要來自它們的電源模塊的突破性的性能。通過商品型電源的簡單的電源轉換可以滿足眾多需求。然而,電源企業需要向歷史路徑以外推進,以滿足越來越多向市場推出的先進集成電路的需求。隨著系統變得越來越復雜,每個設計中會有越來越多的插槽,它帶來了現有電源的限制,并不能用商品的模塊來支持。
通過我們的Novum®先進電源部門,我們已經制定了我們的新使命,為的是正確理解明天的網絡設計的功率要求。工程師們正在尋找將致力于提供均衡產品組合,能夠解決更多“標準”電源需求,以及那些推動傳統電源設計極限的電源合作伙伴。CUI第一個發布了一個自動補償POL模塊和第一個50A數字POL產品,并推進了密度和性能,以滿足新的更高密度/性能的要求。CUI繼續投資于創新,將支持這些困難的功率要求,我們也有日益增長的產品組合,可支持廣泛需求的標準化產品。此外,通過與像愛立信電源模塊公司的合作協議,CUI與滿足當今精密/復雜系統需求的公司聯盟,提供領先的產品和與占位面積。