消除大電容 構建更輕的小型電源系統

對於許多設備來說，電子系統的大小及重量是一項重要要求。這在航太等應用中尤其明顯， 例如在無人機中額外的尺寸及重量會縮短航程與飛行時間。但大部分系統都能因更小或更輕的電子產品而受益。電源系統設計人員通常會在零組件選擇過程中努力縮減尺寸與重量，但在這個階段能得到的改善效果實際上相對較小。

選擇正確的電源系統架構遠比針對特定設計優化零組件選擇更有幫助。電源系統的設計可決定所需的零組件及佈纜。舉例來說，增加用於配電的電壓會使所需導體的尺寸縮減，在一些應用中這可能會是一個重要的因素。此外，選擇電源架構也會對需要用到的零組件造成影響，有源及無源零組件皆然，可使尺寸及重量大幅縮減。轉換器的功率密度及重量雖然重要，但在許多情況下，從散熱器到大電容器的其他零組件才是電源系統整體尺寸及重量較為主要的因素。

分比式電源架構

分比式電源架構(FPA)對於需要輕量級小型電源系統的應用來說，是一種特別值得闗注的方法。FPA除去負載點(PoL)的大電容並且以早期在電源鍊中之陶瓷電容取代，可顯著縮小尺寸與重量。我們來看看48 V電壓軌需要步降至1.5 V的實例。使用習知方法，DC-DC轉換器可使電壓步降至中間匯流排，通常是12 V，然後二級 DC-DC轉換器可對負載提供1.5 V的供電電壓。PoL需要大型外部旁路電容，負載所需的電流可能會有快速的變化。負載電流若有暫態變化，DC-DC轉換器就不會有足夠的快速響應能力，因此，必須由電容器來提供能量。

這款大容量電容不僅可佔用相當大的空間，而且還可增加整體系統重量。定義完需求後，根據尺寸及重量選擇電容器不會帶來多大的效果。要顯著縮減尺寸與重量，就必須大幅降低所需的電容。分比式電源架構可將穩壓與轉換及隔離分開。前置穩壓器模組(PRM)可生成穩壓之分比式匯流排，而變壓模組(VTM)則可步降電壓並提供隔離。

藉由將穩壓與隔離及轉換分開，FPA可幫助開發高度優化的電源零組件。VTM可在不影響整體效率的情況下提供極大的步降比，從而可使48 V電壓直接轉換成PoL電壓。去除中間匯流排，可簡化系統設計並提高效率。PRM與VTM是非常小巧的電源零組件，而且改用FPA會顯著改善轉換器的尺寸與重量。但最大的優勢一般還是：能夠取消對大容量電容的需求。

消除負載點的大電容

VTM有高轉換頻率、雙向功率處理功能以及低輸出電感，可產生極高的頻寬：對負載變化的響應比最快速的同類競爭磚型DC-DC轉換器快20倍。也就是說，VTM即使在頻率趨近轉換器頻寬的情況下，作用仍很像變壓器。在這些頻率下，輸出會「反射」輸出端的輸入電 容，隨匝數比的平方而增大，因此不需要在負載點安放電容。大電容可向上游移動至VTM的輸入，一般使用低ESR/ESL陶瓷電容器。

其他效益

FPA系統中使用的電源零組件不僅可提供高效率、低雜訊，而且還可在高切換頻率下工作。這可在EMI濾波與散熱應用中縮減尺寸與重量，尺寸一般可縮減30%此外，Vicor(美商懷格)還可提供諸如匯流排轉換器模組(BCM)等電源零組件，為HVDC電源系統提供前端電路。將HVDC用於配電，不僅可提高效率，而且還可縮小配電所需的導體尺寸。BCM可將標稱380 V HVDC電源步降至48 V，直接連接至PRM的輸入，其可簡化完整HVDC電源鍊的開發。 

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