中間總線電源架構(gòu)正在迅速受到人們的青睞。根據(jù)Darnell Group的研究，預(yù)計(jì)未來幾年中間總線轉(zhuǎn)換器（IBC）的市場(chǎng)將增長(zhǎng)兩倍之多，其動(dòng)力主要是來自高端服務(wù)器、存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。雖然半磚電源迄今為止仍占有最大的銷量，但更小型的1/8和1/16磚電源將很快占據(jù)幾乎一半的市場(chǎng)。每種類型的功率等級(jí)也在不斷增加，為的是滿足對(duì)負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換器（POL）的大電流需求。

按照瓦特?cái)?shù)統(tǒng)計(jì)的全球DC-DC轉(zhuǎn)換器模塊市場(chǎng)（百萬美元）

系統(tǒng)板上電壓軌數(shù)量的增加，以及ASIC、DSP和FPGA要求的更高電流水平的推動(dòng)下，半導(dǎo)體供應(yīng)商推出了形形色色的轉(zhuǎn)換器IC來滿足這個(gè)市場(chǎng)需求。到目前為止，最為成功的IC是由Vishay推出的Siliconix SiP11205和SiP11206。這些用于IBC應(yīng)用的控制器IC是第一批出現(xiàn)在市場(chǎng)上的這類單芯片器件。這些器件集成了高壓（75 V）半橋MOSFET驅(qū)動(dòng)器，具有1.6 A的峰值電流驅(qū)動(dòng)能力，以及各種電流監(jiān)視和控制功能。

POL

IBC：中間總線架構(gòu)

SiP11205和SiP11206可用于電信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的隔離式半橋IBC，以及1/16磚或1/8磚電源模塊的初級(jí)側(cè)，這里的像48 V的標(biāo)準(zhǔn)總線電壓都需要轉(zhuǎn)換成為12 V或12 V以下的中間電壓。這些新器件可以通過不需要使用獨(dú)立的控制器和用于次級(jí)同步整流的高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器元件來簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，并降低解決方案的成本，同時(shí)其半橋架構(gòu)可通過采用更低電壓的元件來進(jìn)一步降低成本和空間要求。

SiP11205和SiP11206控制器可以高于95 %效率來降低電壓。這種性能水平有助于顯著降低功耗，同時(shí)可以增加功率密度，而無需采用強(qiáng)制風(fēng)冷。這些器件具有36 V至75 V的輸入電壓范圍，可以按照ETSI 300-132-2的要求充分處理100 ms的100 V的瞬變。集成的±1.6 A高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器可以使每個(gè)IC都能驅(qū)動(dòng)半橋轉(zhuǎn)換器低側(cè)和高側(cè)開關(guān)器件。其振蕩器頻率可以設(shè)置在200 kHz至1MHz（100至500kHz開關(guān)頻率），這是業(yè)界最寬的范圍，它可以與外部同步源同步。自驅(qū)動(dòng)同步整流可以省去次級(jí)MOSFET驅(qū)動(dòng)器和隔離式脈沖驅(qū)動(dòng)器，以降低成本并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

SiP11205采用了輸入電壓檢測(cè)和前饋電路，可以使輸出電壓保持在嚴(yán)緊的范圍之內(nèi)（2 % 4 %），而無需使用光電耦合器或電壓反饋電路。在DC變壓器模式下的滿度輸入電壓范圍內(nèi)，SiP11206與需要在最理想的占空比下工作的轉(zhuǎn)換器是不同的，這將有助于顯著改善系統(tǒng)效率。兩款器件的負(fù)載調(diào)節(jié)約率為3 %。

為了設(shè)計(jì)一個(gè)滿足需要的充分穩(wěn)壓的IBC，Vishay在Si9122A半橋控制器中采用了SiP11203或SiP11204次級(jí)同步整流驅(qū)動(dòng)器，后者可提供0.5 %線路和負(fù)載調(diào)節(jié)率。

SiP11205和SiP11206提供了一整套保護(hù)功能?？刂破麟娫措妷菏抢靡粋€(gè)片上前置穩(wěn)壓器電路線性調(diào)節(jié)至其目標(biāo)電壓的。先進(jìn)的電流監(jiān)視和控制電路有助于用戶在初級(jí)電路中設(shè)置最大電流。

這個(gè)功能可以防止受到過流條件、輸出短路以及平行電源出現(xiàn)故障的影響。當(dāng)VIN降至預(yù)設(shè)閾值時(shí)，低輸入電壓檢測(cè)禁用VOUT。其他功能包括可編程軟啟動(dòng)和過溫保護(hù)。由于次級(jí)使用了一種自驅(qū)動(dòng)整流電路，該電路可以啟動(dòng)進(jìn)入預(yù)偏壓狀態(tài)。

Vishay已推出了兩款可以完整實(shí)現(xiàn)IBC模塊的參考設(shè)計(jì)，可以處理12 V輸出的15 A，并以高于95 %的效率運(yùn)行。一個(gè)可以提供半穩(wěn)壓輸出，另一個(gè)可以提供定比率輸出，以跟蹤輸入電壓方面的變化。

這兩種IBC設(shè)計(jì)采用集成了磁性元件的8層PCB，兩者都是1/8磚IBC電源轉(zhuǎn)換器，可以插進(jìn)一個(gè)基板，對(duì)性能進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。IBC板提供了可選的窄（42 V至55 V）或?qū)挘?6 V至75 V）的輸入電壓范圍，標(biāo)稱輸出電壓為12 V，標(biāo)稱負(fù)載電流為15 A，初級(jí)和次級(jí)功率MOSFET可分別選擇PolarPAK SO-8或PowerPAK SO-8封裝。該基板包括輸入保險(xiǎn)絲、輸入、輸出和遠(yuǎn)程啟用（remote enable）連接器、使能開關(guān)、輸入大電容（bulk capacitor），以及輸出電壓測(cè)量同軸SMC連接器?；迳系那械舨糠郑╟utout）有助于IBC板兩側(cè)的探測(cè)，同時(shí)也可以順利上電（fully powered-up）并產(chǎn)生最大的功率。

功率級(jí)是一個(gè)半橋轉(zhuǎn)換器，由SiP11205或SiP11206 IC進(jìn)行控制。該半橋架構(gòu)使功率級(jí)元件承受的電壓更小，因此可以節(jié)省成本，減小元件尺寸，同時(shí)提供更高的效率。

在SiP11206型號(hào)中，轉(zhuǎn)換器占空比是固定的，而且是由R2進(jìn)行設(shè)置的。它通常設(shè)置為一個(gè)接近最大效率50 %的值。然后，利用輸入電壓的變化和變壓器的匝數(shù)比確定輸出電壓。在這個(gè)參考設(shè)計(jì)中，變壓器的匝數(shù)比為2︰1。在SiP11205型號(hào)中，最大占空比被設(shè)置在最小輸入電壓。然后占空比將隨輸入電壓的升高而降低，它采用的是一種前饋方式，從而使線電壓范圍的輸出電壓變化更小。這樣就可以節(jié)省POL的成本，優(yōu)化下游POL的性能。

控制器IC的啟動(dòng)由其自身內(nèi)置的9.5 V前置穩(wěn)壓器供電，后者是由線電壓驅(qū)動(dòng)的。一旦轉(zhuǎn)換器開始切換，次級(jí)變壓器繞組就會(huì)提供一個(gè)獨(dú)立的10.3 V VCC電源，它是通過由R18、Q7、D8形成的一個(gè)穩(wěn)壓器來提供的。次級(jí)側(cè)同步整流器是自驅(qū)式的，其受控的柵極電壓不隨輸入電壓而變化。這將有助于改善效率和實(shí)現(xiàn)更安全的驅(qū)動(dòng)電壓。通過D9、R19、C12和D10可以在次級(jí)側(cè)上生成本地10 V偏置電源。MOSFET Q8和Q3是由反相變壓器（opposite transformer）節(jié)點(diǎn)觸發(fā)的，而與同步整流器柵極耦合的10 V電壓要低于閾值電壓降。

在前饋設(shè)計(jì)中，輸出濾波器連接了一個(gè)肖特基二極管。前饋型號(hào)的死區(qū)時(shí)間更長(zhǎng)，這是因?yàn)樵谳^高線電壓下占空比較小。在這個(gè)死區(qū)時(shí)間內(nèi)，由于沒有變壓器電壓可以使同步整流器導(dǎo)通，所以同步整流器是不工作的。因此，無需使用肖特基二極管，電感電流就會(huì)流經(jīng)同步整流器的兩個(gè)體二極管。肖特基二極管比體二極管的壓降更小，這樣就可以提高效率。

該參考設(shè)計(jì)為1/8磚尺寸，使用了八層PC板，外層板使用了3盎司的銅制造，內(nèi)層用了4盎司銅。該變壓器是一個(gè)平面磁性元件，采用了E22/6/16鐵芯。

SiP11205和SiP11206也是構(gòu)建80 W至150 W輸出功率的緊湊型高密度1/16磚IBC的理想選擇，為1/16磚電源提供比目前市場(chǎng)上產(chǎn)品更高的輸出電流。只要將15A IBC的磁性元件變?yōu)楦〉腅18/4/10鐵芯，該設(shè)計(jì)就仍可提供高于10 A的輸出電流。1/8磚和1/16磚設(shè)計(jì)的相對(duì)效率如下圖所示，它顯示了較低電流水平的效率更高。1/16磚將在德國(guó)2008 Electronica展覽會(huì)上進(jìn)行展示。

48 V輸入，12 V輸出的1/8磚與1/16磚效率的比較

SiP11205和SiP11206還可以利用全橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置，只要不使用內(nèi)置高壓MOSFET驅(qū)動(dòng)器，而代之以兩個(gè)大電流外置標(biāo)準(zhǔn)半橋驅(qū)動(dòng)器就可以了。這種方法可以實(shí)現(xiàn)更高的功率輸出，以及更加有效的布局，而且事實(shí)上更加經(jīng)濟(jì)有效，不需要使用過應(yīng)力控制器IC。SiP11205和SiP11206控制器仍然提供了電流限制保護(hù)。這種方法為設(shè)計(jì)人員滿足350W至700W輸出功率要求的1/8磚和1/4磚設(shè)計(jì)提供了迅速的上市時(shí)間。

如下所示的電路原理圖說明了SiP11205和SiP11206驅(qū)動(dòng)全橋配置中兩個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)器的方法。

結(jié)論

SiP1205和SiP11206是設(shè)計(jì)滿足當(dāng)今大電流、多電壓POL需求的1/16、1/8磚尺寸半橋和全橋中間總線轉(zhuǎn)換器的理想的先進(jìn)IBC控制器。