隨著主板負載功率開始增加，高功率密度主板的設計變得更具挑戰性，因此電源系統架構從分布式 DC-DC 轉換器（或磚型解決方案）發展成了中間母線架構 (IBA)。

有了 IBA，轉換器可將 48V 輸入降至 12V，然后多個非隔離式負載點穩壓器(niPOL) 可將 12V 降低到特定的負載電壓要求。

電源系統架構適合解決不斷變化的通信、計算及工業領域的最新挑戰，這些挑戰源于不斷增長的性能需求。

當前的功率要求和較低的 (<<1V) PoL 工作電壓對 IBA 提出了新的要求，這些要求現在會影響系統性能。目前許多負載（CPU、GPU、AI 處理器）功率及動態負載變化的增加，要求其穩壓器盡可能靠近負載輸入電源引腳。

這可顯著降低通過稱之為配電網絡 (PDN) 的印刷電路板或基板銅箔電源層的功率損耗。此外，許多負載需要極大電流的瞬態響應 (di/dt)，主板阻抗的高低會對系統穩定性產生很大影響。

然而，為了支持高功率就需要大量的 VR (niPOL)，而將大電流穩壓器部置在高功率負載附近，確實對 中間母線架構不利。這反過來需要更大的空間，不僅會導致電源輸出端到負載端的距離（阻抗）增加，而且還會因為損耗增加及隨后更低的動態性能而降低整體效率。

由于占空比限制，12 到 <<1V轉換效率的提升也是多相降壓 niPOL 陣列面對的巨大挑戰。

分比式電源：為應對當前電源需求挑戰而生的解決方案

總結當前電源系統設計趨勢的挑戰：

1.500 到 2000A 的極大電流傳輸能力。

2.要求高動態性能的負載

3.較大 PDN 損耗和阻抗

4.擴展 48V 母線基礎架構的使用范圍，需要 48V 至 1V 以下的轉換能力

解決這種大電流、高密度負載點 (PoL) 問題，需要一個不同的方法。分比式電源架構? (FPA?) 就是這樣一種全新的解決方案。

分布式電源架構和 IBA 均由轉換級和穩壓級組成，以將電壓降至負載點電壓。在 IBA 使用案例中，穩壓及轉換級（降壓穩壓器，niPOL）連接在轉換級中間母線轉換器 (IBC) 之后。分解這些架構，可實現：

? 變壓（將電壓從一個等級變為另一個等級）

? 穩壓（即使輸入電壓發生變化，也能將轉換器輸出電壓控制在目標值下）

當VIN = VOUT時，穩壓器效率最佳，而在穩壓器輸入輸出比例增加時，效率會跟著降低。當典型輸入電壓在 36 和 60V 之間變化時，最佳輸出母線電壓將為 48V，而不是 IBA原有的典型 12V 母線。48V 輸出母線所需的電流比 12V 母線 (P = V?I) 低 4 倍，而PDN 損耗是該電流的平方 (P= I^2^R)，其可將損耗降低 16 倍。

因此，先配置穩壓器并穩壓至 48V 輸出，將實現最高的效率。通過本實例可以看出，該穩壓器必須接受有時擺幅低于 48V 的輸入，因而需要一個升降壓穩壓級來滿足這方面的設計需求。輸入電壓穩壓后，就需要將 48V 轉換為 1V。

在需要 1V 負載的情況下，最佳變壓比為 48：1。在這種情況下，前級穩壓器可將輸入降壓或升壓至 48V 輸出，后級變壓器可將電壓從 48 降至 1V。鑒于步降變壓器會以相同的比率增加電流，因此步降變壓器的等效名稱是電流倍增器。

在這種情況下，1A 輸入電流將倍增至 48A 輸出。為了最大限度降低大電流輸出的 PDN 損耗，電流倍增器必須要盡量地小，才能盡可能靠近負載部署。

PRM? 穩壓器和 VTM? 電流倍增器相結合，形成了 Vicor 分比式電源架構 ?。這兩款器件相互配合，每個器件都可高效發揮其專業作用，實現完整的 DC-DC 轉換功能。

PRM把未穩壓的輸入電源轉換為穩壓輸出電壓或“分比式母線”。該母線可為 VTM 供電，將分比式母線電壓變為負載所需的電壓水平。

與 IBA 不同，FPA 不能通過串聯電感從中間母線電壓降至 PoL。FPA 并非均衡降低中間母線電壓，而是使用電流增益為 1:48 或更高的高壓穩壓及“電流倍增器”模塊 (VTM)，提供更高的效率、更小的尺寸、更快的響應以及 支持1000A 以上負載的可擴展性。

分比式電源背后的組件

PRM 和 VTM 是實現 FPA 的組件。PRM 使用獲得專利的零電壓開關 (ZVS) 升降壓控制架構提供高效率升降壓穩壓和軟啟動；當VIN = VOUT時，可實現最高效率，最新 PRM 可實現 99.3％ 的峰值效率。

VTM 電流倍增器是一款采用專有零電流開關／零電壓開關 (ZCS / ZVS) 正弦振幅轉換器 (SAC?) 的高效率變壓模塊。它工作波形為純正弦，支持高光譜純度和共模對稱性。這些特性意味著它不僅不會產生典型 PWM 類轉換器所具有的諧波含量，而且幾乎不會產生噪聲。

控制架構將工作頻率鎖定至功率級諧振頻率，不僅支持高達 97％ 的效率，而且還可通過有效消除無功部分來最大限度降低輸出阻抗。這種極低的無電感輸出阻抗使其幾乎可以瞬間響應負載電流的階躍變化。

VTM以 3.5MHz 的有效開關頻率工作，因此即使負載電流以小于 1 微秒的速率變化,VTM都可以自如應對沒有問題。VTM 的高帶寬可取消對負載點大型電容的需求。即使沒有任何外部輸出電容器，VTM 的輸出在功率突增時，電壓擾動也會很有限。極少量的外部旁路電容（低 ESR/ESL 陶瓷電容的形式）足以消除任何瞬態電壓過沖。

FPA?的能量存儲和動態響應方式

對于在雷達和自動測試設備測試端等要求苛刻的應用中經常需要的更快負載瞬態響應，采用固定比率轉換器的 SAC? 拓撲的優勢在于不會對系統內部敏感的控制環路施加帶寬限制。因此，VTM? 功率級提供一種獨特的電容倍增特性。

例如，當使用 K 為 1/48 的 VTM 時，有效輸出電容是輸入電容的 2300 倍。這就意味著需要在 VTM 輸出端添加的電容明顯減少。

存儲在電容器中的能量 (E) 是：

E = 1/2 CV ^2^ (1)

因此，VTM 48V 輸入端少量小容量電容的作用與添加在多相降壓轉換器（通常是用于 IBA 的 niPOL）1V 輸出端大量大容量電容的作用相同。

FPA 架構不僅可減少電容，而且還可節省電路板空間

FPA? 的優勢

分比式電源架構? 可使電源系統密度和大電流需求與快速發展的 CPU、GPU 和 ASIC 技術保持同步。采用這些電源組件設計系統時，主要優勢包括：

?CPU/GPU 附近的基板消耗銳減 50％ 以上

?PDN 及相關電路板損耗減少一個數量級

?將 PRM? 和數字控制器放置在不重要的電路板邊緣區域，電源整體性能不受任何影響，使得PCB 布局更加簡單容易。

?使得 CPU I/O 走線更加簡單容易。

?由于 VTM? 較低噪聲的特性，降低了在處理器附近布置電源轉換模塊的風險

?VTM 可輕松并聯，因此可通過并聯功能滿足更高功率的需求

從電源系統的整體效率來看—包括PRM和VTM的組合—可以提供從高壓輸入到低壓輸出的整體效率在90%~95%之間。效率越高，總體熱耗散就越低，這是電源系統設計中的另一個重要考慮因素。

FPA：可擴展解決方案滿足未來板載電源的需求

隨著負載電流不斷增加，Vicor 不斷增強 FPA，以最大化電流輸送并進一步減少負載點的 PDN和提高功率密度。現在，Vicor 提供分比式合封電源解決方案，包括模塊化電路驅動器 (MCD) 和模塊化電流倍增器 (MCM)，其中只有先前的 VTM 變壓級的二次側位于負載點。

PRM和VTM 的一次側現已合封在 MCD 中。MCM 安裝在與大電流處理器相同的封裝／基板上。與 PRM 的情況一樣，MCD 可采用不會影響密度的電路板基板安裝在遠離電流倍增器的位置。

越來越多的應用正在利用分比式電源架構，為 CPU、GPU、ASIC 和存儲器負載提供 48V 直接至 PoL 的功率轉換。這一增強性能現已成了人工智能 (AI) 計算、雷達和汽車自主駕駛及安全性 (ADAS) 應用的福音，在這些應用中，對高密度、高效率和低噪聲的要求是常規功率轉換器件無法滿足的。