現代の電子システムでは、電源の効率、サイズ、速度、コストを改善する必要性が高まっており、電源アーキテクチャは、かさばる非効率的な集中型電源アーキテクチャ (CPA) から、コンパクトで高効率な分散型電源アーキテクチャ (DPA) と中間バス アーキテクチャ (IBA) へと進化してきました。従来のCPA方式では、すべてのシステム電圧が中央の場所で生成され、配電バスを介して負荷に配電されていました (図1)。
これは、電圧が高く電流が低い場合、または電源と負荷間の距離が短い場合に効果的です。しかし、今日のシステム要件は異なります。新世代のマイクロプロセッサ、メモリ モジュール、DSP、ASICが搭載されており、高電流で複数の低電圧が必要です。さらに、低電圧負荷はシステム ボード全体に分散されます。その結果、CPAでは配電損失が高くなり、システム全体の効率が低下し、熱管理コストが増加し、コンポーネントの信頼性も低下します。
図1: 集中型電源アーキテクチャでは、すべての電圧が単一のハウジングから生成され、各電圧は個別に負荷にバス供給されます。(出典: Vicor)
CPAの限界を克服するために、配電損失を削減するために権限を分散化するというアイデアを掲げて、1980年代初頭にDPAが導入されました。DPAアーキテクチャでは、フロントエンドのAC/DCコンバータが48 VDCなどの固定DCバス電圧を生成します。ほとんどのデータ センターと通信機器は、48 VDC バス電圧を使用して、負荷ポイント (POL) にある多数の絶縁型降圧DC/DCコンバータに電力を供給します。次に、POLコンバータは、必要な負荷を駆動するために必要な低電圧を高出力電流で生成します (図2)。
図2: 従来の分散電源アーキテクチャでは、48 VDC などのDCバス電圧が、多数のポイントオブロード (POL) 絶縁型降圧DC/DCコンバータを駆動し、高出力電流で必要な低電圧を生成して、必要な負荷を駆動します。
DPA方式で使用される絶縁型DC/DCコンバータの効率と電力密度は高くなっています (通常、90パーセント以上)。しかし、ナノメートルプロセスの採用により、DSP、メモリ、ASICなどの最新の半導体デバイスの電圧はさらに1 V以下に低下し、同時に電流要件は増加しています。さらに、これらの最新のICでは、DPAのDC/DCコンバータからのより高速な過渡応答も要求されています。その結果、これらのPOL DC/DCコンバータの降圧比が上昇し、損失が増加して、コンバータの効率が低下します。
システム ボード全体のPOLにおける低電圧と高電流の多様性に対処するために、より高速な過渡応答を備えた、よりコスト効率が高く効率的なコンバータが中間バス電圧として導入されました。この方式は中間バスアーキテクチャ (IBA) と呼ばれます。10年以上前に導入されたIBAは、従来のDPAアーキテクチャに別のDC/DCコンバータ ステップを組み込んでいます (図3)。その結果、48 VDC バス電圧は、9.6 Vまたは12 Vの中間電圧に降圧されます。中間バス コンバータ (IBC) と呼ばれるこの中間絶縁型DC/DCコンバータは、非絶縁型POL (niPOL) 降圧レギュレータを駆動するために使用され、POL機能は調整と変換のみに縮小されます。
図3: 中間バス アーキテクチャ (IBA) には、従来のDPA方式に中間バス コンバータ (IBC) と呼ばれる別の絶縁型DC/DCコンバータが組み込まれており、さらに非絶縁型POL (niPOL) 降圧レギュレータを駆動して、負荷用の調整電圧を生成します。
IBAアーキテクチャを容易にするために、高効率、高密度のIBCコンバーターを提供する電源会社は数多くあります。たとえば、Bel Power Solutions、GE Critical Power、Vicorなどが挙げられます。たとえば、Bel Powerは、一般的な48 VDC 入力から35 Aで12 VDC 出力を供給するように設計された、クォーター ブリック形式の完全に安定化された420 Wバス コンバータQME48T35120-NJBBGGEを提供しています。半負荷時のピーク効率は約96パーセントです。GE Critical Power社もこの競争における主要サプライヤーの1つです。完全に調整された400 Wバス コンバータ (ラベルQBVW033A0B Barracuda) も、DOSA互換の1/4ブリックです。このコンバータ ラインの入力電圧範囲は36 ～ 75 Vで、安定化出力は12 Vです。半負荷時の標準効率は96.4パーセントです。デジタル制御を必要とするアプリケーション向けに、同社は、PMBusインターフェースを備えた完全に調整されたDOSA準拠の400 WクォーターブリックであるQBDW033A0B Barracudaを提供しています。非絶縁POLコンバータを駆動するための9.6 ～ 12 VDC 中間バス電圧を供給するように設計されています。入力電圧範囲は36～75 VDCです。
300 W以下の出力電力を必要とするシステム向けに、GE Critical Powerは、DOSA準拠で完全に安定化された9.6 ～ 12.0 V出力をサポートする8番目のブリック メンバーEBVW025A0Bをリリースしました。さらに、デジタル制御用のPMBusインターフェースも提供します。