Este artículo describe una arquitectura moderna de energía distribuida para tecnología de bajo consumo. Se analizan las fuentes de alimentación frontales de CA/CC, las arquitecturas de bus intermedio (IBA) y los convertidores de CC/CC de punto de carga no aislado (niPOL) y cómo Mouser está trabajando para integrarlos a todos. Ayuda a los diseñadores a proporcionar los componentes básicos para el diseño de arquitecturas de energía distribuida.
En las aplicaciones modernas de telecomunicaciones, comunicaciones de datos, médicas e industriales, ¿cómo se alimentan las cargas desde una pared o una fuente de alimentación principal? Hubo un tiempo en que consistía en unidades de fuente de alimentación centralizadas que distribuían la energía por todas partes, pero a medida que cambiaba la demanda de energía, también cambiaba la topología de potencia del sistema. Impulsado por el aumento del consumo de energía, la disminución de los requisitos de nivel de voltaje de los dispositivos semiconductores y la necesidad de un mejor rendimiento de la fuente de alimentación para soportar las tecnologías de procesamiento digital, combinado con la disponibilidad de productos avanzados de los fabricantes de electrónica de potencia, hoy en día se están implementando arquitecturas de distribución de energía más sofisticadas. Una arquitectura de energía distribuida (DPA) moderna distribuye las concentraciones de calor en todo el sistema, admite corrientes altas a voltajes muy bajos y proporciona una excelente respuesta transitoria a las cargas que cambian rápidamente. Otros beneficios incluyen la flexibilidad para agregar requisitos de voltaje o corriente, y la capacidad de continuar la operación del sistema si falla un solo punto de carga. Con los objetivos generales de rentabilidad, tamaño mínimo y alta eficiencia en mente, los DPA líderes de la actualidad incluyen fuentes de alimentación frontales de CA/CC, convertidores de CC/CC de punto de carga y arquitecturas de bus intermedio (IBA). a menudo en algún punto intermedio. Echemos un vistazo más de cerca a las capacidades de cada área y exploremos algunos de los productos disponibles para ayudar a los diseñadores.
Fuente de alimentación frontal de CA/CC
En los días de Thomas Edison, Nikola Tesla y George Westinghouse, se resolvió el debate de CA frente a CC en la transmisión y distribución de servicios públicos, con CA ganando debido a sus menores pérdidas de transmisión en largas distancias. Sin embargo, los equipos electrónicos actuales funcionan predominantemente con CC, por lo que la forma de onda monofásica de CA de 80-265 V, 50 o 60 Hz que normalmente se suministra a la pared debe convertirse en una fuente de CC útil. El concepto de conversión de CA/CC de front-end en sí mismo es bastante simple. Utiliza un transformador para reducir la alimentación de línea de CA de alto voltaje a un voltaje más manejable, hace funcionar CA sinusoidal de bajo voltaje (valor de 0 V CC) a través de un puente rectificador y transforma el valor de voltaje de CC en una forma de onda estacionaria. Igual a la amplitud de CA, agregue un condensador grande para suavizar el voltaje. El voltaje suavizado se pasa a través de un convertidor de CC/CC para lograr un voltaje de bus de CC estable para el sistema. Los voltajes de salida típicos para los front-end de CA/CC son 48 V para sistemas de comunicación, 12 V y 24 V para servidores de comunicación de datos y 400 V CC para algunos sistemas de comunicación de datos (trifásico disponible en partes de Europa). Entrada de 400 V CA) . Equipo medico.
Arquitectura Intermedia de Autobuses (IBA)
Un IBA es esencialmente un DPA de múltiples etapas en el sentido de que inserta otro nivel de distribución de energía entre la fuente de alimentación frontal y el convertidor POL. Los DPA han evolucionado durante la última década a partir de los esfuerzos para mejorar la eficiencia mientras se ahorran costos y espacio de DPA. Un DPA de telecomunicaciones tradicional podría haber distribuido el voltaje del backplane de -48 V a cada estante/arreglo de tarjetas de línea con módulos de CC/CC aislados integrados para soportar todos los voltajes requeridos por la carga. IBA reemplaza múltiples CC/CC aislados. Un módulo con un único convertidor de bus intermedio (IBC) utilizado en combinación con un convertidor de punto de carga no aislado (niPOL). La función del IBC es proporcionar el voltaje de bus intermedio óptimo, como 12 V del bus de distribución de 48 V, y aislamiento eléctrico.
Convertidores CC/CC de punto de carga no aislado (niPOL)
El aislamiento básico proporcionado por el frente de CA/CC y el aislamiento total proporcionado por el IBC dentro del IBA permite utilizar un niPOL pequeño y rentable para alimentar la carga. Estos convertidores de CC/CC deben mantenerse al día con la tendencia de voltajes POL cada vez más bajos y el aumento exponencial de las corrientes consumidas por los DSP, FPGA y ASIC modernos, lo que da como resultado regulaciones más estrictas y un rendimiento de ruido más estricto. Afortunadamente, los diseñadores de placas tienen muchas excelentes opciones disponibles en forma de reguladores lineales, reguladores de conmutación e incluso combinaciones de los dos.
Si es posible, elija un regulador lineal para alimentar los componentes de acondicionamiento y procesamiento de señales directamente. Todos los reguladores de voltaje producen ruido, pero los reguladores lineales son inherentemente menos ruidosos que sus primos CC-CC, los reguladores de conmutación. Los reguladores lineales también pueden proporcionar un excelente rechazo de ondulación de la fuente de alimentación (PSRR). Una especificación de PSRR alta en la frecuencia de conmutación de la fuente de alimentación conmutada que alimenta la entrada del regulador lineal ayuda a atenuar el ruido de conmutación, lo que evita que se introduzca en la cadena de señal y provoque problemas de interferencia. Esta técnica se llama post-regulación. PSRR finalmente cae a 0 dB a altas frecuencias, por lo que es posible que se requiera un filtrado adicional para atenuar el ruido a altas frecuencias.