ในระดับพื้นฐานที่สุดงานของแหล่งจ่ายไฟคือการแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่เข้ามาเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ต่ํากว่าอย่างน้อยหนึ่งแรงดันไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่สูงขึ้นด้วยวิธีที่มีประสิทธิภาพสูงสุด การออกแบบทั่วไปเริ่มต้นด้วยบล็อกการแปลง AC/DC จํานวนมาก รวมถึงการแก้ไขตัวประกอบกําลัง (PFC) เพื่อเพิ่มพลังงานสูงสุดจากแหล่งจ่ายไฟหลัก AC และเป็นไปตามข้อกําหนดตัวประกอบกําลังตามกฎระเบียบต่างๆ.

มีหลายวิธีในการออกแบบส่วน DC/DC แต่ในการแสวงหาประสิทธิภาพ ขนาด ความเร็ว และต้นทุนของแหล่งจ่ายไฟที่ดีขึ้นสถาปัตยกรรมพาวเวอร์ซัพพลายได้พัฒนาจากสถาปัตยกรรมพลังงานแบบรวมศูนย์ (CPA) ขนาดใหญ่และไม่มีประสิทธิภาพไปสู่สถาปัตยกรรมพลังงานแบบกระจาย (DPA) ขนาดกะทัดรัดและมีประสิทธิภาพสูงและสถาปัตยกรรมบัสระดับกลาง (IBA)).

รูปที่ 2 แสดงการออกแบบสามประเภท สถาปัตยกรรม CPA สร้างแรงดันไฟฟ้าของระบบทั้งหมดที่ตําแหน่งส่วนกลาง จากนั้นใช้บัสกระจายเพื่อกําหนดเส้นทางแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่ต้องการ เช่น 12 V, 5 V และ 3.3 V ไปยัง PCB และอุปกรณ์แต่ละตัว.

ในทางตรงกันข้าม ดีพีเอ และ ไอบีเอ พึ่งพาแรงดันไฟฟ้าของระบบ DC ที่สูงขึ้น 24 V หรือ 48 V ตัวแปลง DC/DC จุดโหลด (PoL) จะแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นค่าที่ต้องการ ตามชื่อของมัน ตัวแปลง PoL DC/DC อยู่ใกล้กับโหลดมากที่สุด.

สถาปัตยกรรมทั้งสองมีจุดมุ่งหมายเพื่อลดการสูญเสียพลังงาน การส่งพลังงานจากแหล่งพลังงานไปยังโหลดผ่านการเชื่อมต่อตัวต้านทาน ไม่ว่าจะเป็นสายไฟ บัสบาร์ หรือร่องรอย PCB ทําให้เกิดการสูญเสียพลังงานในรูปของความร้อน หรือที่เรียกว่าการสูญเสียการกระจาย การสูญเสียการกระจายของกระแสเป็นสัดส่วนกับกําลังสองของกระแสและกําหนดโดย P = I2R โดยที่ R คือความต้านทานของลวดหรือบัสบาร์ การลดต้องลดกระแสหรือความต้านทานของลวด.

การลดกระแสในขณะที่ส่งพลังงานทั้งหมดเท่ากันไปยังโหลดจําเป็นต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้า (P = VI) ตัวอย่างเช่น การเพิ่มแรงดันไฟฟ้าเป็นสองเท่าจาก 24 V เป็น 48 V จะลดกระแสไฟฟ้า 50% ลดการสูญเสียการกระจายลง 75% การพยายามบรรลุผลลัพธ์เดียวกันโดยการลดความต้านทานของลวดจําเป็นต้องเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของตัวนําเป็นสี่เท่าซึ่งจะเพิ่มน้ําหนักและต้นทุน.

การจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงเป็นอีกเหตุผลหนึ่งในการเปลี่ยนไปใช้สถาปัตยกรรมพลังงานแบบกระจาย การออกแบบแบบกระจายกระจายองค์ประกอบที่สร้างความร้อนไปทั่วพื้นที่ผิวของอุปกรณ์เพื่อลดฮอตสปอต ความร้อนเป็นศัตรูของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์.

เป็นที่ยอมรับกันดีว่าอุณหภูมิในการทํางานที่เพิ่มขึ้นนําไปสู่อัตราความล้มเหลวที่เพิ่มขึ้น ในบางการใช้งาน เช่น จอแสดงผล LED ขนาดใหญ่ที่ใช้ในสนามกีฬาหรือลาสเวกัส ผลกระทบของความร้อนที่มากเกินไปจะสังเกตเห็นได้ชัดเจน ฮอตสปอตในพื้นที่อาจส่งผลให้ไฟ LED ล้มเหลวเร็วขึ้นและดูหรี่ลงตลอดอายุการใช้งาน.

DPA หรือ IBA—วิธีการตัดสินใจ?

แอพพลิเคชั่นระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและโรงงานจํานวนมากใช้ 5 V หรือ 3.3 V เป็นแรงดันไฟฟ้าของระบบสําหรับอุปกรณ์ดิจิทัล แอปพลิเคชันเหล่านี้เหมาะอย่างยิ่งกับ DPA ที่มีตัวแปลง PoL DC/DC ตัวเดียวในแต่ละโหลดเพื่อลดราง 48 V ลงไปที่แรงดันไฟฟ้าที่ต่ํากว่า.

อย่างไรก็ตาม แอปพลิเคชันอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงการติดตั้งโทรคมนาคม 4G และ 5G ชั้นวางเบลดเซิร์ฟเวอร์ประสิทธิภาพสูงในศูนย์ข้อมูล คลาวด์คอมพิวติ้ง และระบบไอทีขององค์กร อาศัยอุปกรณ์ดิจิทัลเป็นหลัก เช่น MPU, GPU และ เอซิค ด้วยการออกแบบรูปทรงเรขาคณิตขนาดเล็กที่ทํางานบนแรงดันไฟฟ้า 1.8 V หรือต่ํากว่านั้น อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการแอมป์หลายร้อยแอมป์และการตอบสนองโหลดชั่วคราวที่รวดเร็วมากจากแหล่งพลังงาน การลด 48 V เป็น 1.8 V ในขั้นตอนเดียวนั้นไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากรอบการทํางานของทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งตัวแปลง DC/DC จะต่ํามาก ซึ่งนําไปสู่การตอบสนองชั่วคราวที่ลดลง.

ในกรณีเช่นนี้ ควรใช้ IBA สเตจตัวแปลง DC/DC ระดับกลางจะแปลง 48 V ลงเป็นแรงดันไฟฟ้า เช่น 3.3 V หรือ 5 V และตัวแปลง PoL DC/DC ขั้นสุดท้ายจะดําเนินการขั้นตอน 3.3 V ถึง 1.8 V นอกจากนี้ อัตราส่วนที่เล็กกว่าระหว่างอินพุตและเอาต์พุตยังช่วยให้ตอบสนองได้เร็วขึ้นมาก.

ตัวแปลง RECOM DC/DC สําหรับแอปพลิเคชัน PoL

ตัวควบคุม RPMGQ-20 และ RPMGS-20 DC/DC ของ RECOM เหมาะอย่างยิ่งสําหรับรางจ่ายไฟ 24 V, 28 V และ 48 V เป็นโซลูชัน PoL ใน DPA.

RPMGQ-20 และ RPMGS-20 เป็นตัวแปลงบั๊ก DC/DC แบบเปิดเฟรมและไม่แยกที่มีพิกัดเอาต์พุต 20 A RPMGQ-20 อยู่ในรูปแบบอิฐไตรมาสมาตรฐานอุตสาหกรรม ในขณะที่ RPMGS-20 อยู่ในขนาดแพ็คเกจมาตรฐานที่เกิดขึ้นใหม่คือ 36.83 มม. x 34.04 มม. (1.45" x 1.34") พร้อมพินเอาต์อิฐมาตรฐานที่สิบหก ผลิตภัณฑ์ทั้งสองมีความสูงสูงสุด 15 มม. จากพื้นผิวการติดตั้ง ชิ้นส่วนทํางานจากอินพุต 18 V–75 V และเอาต์พุตเล็กน้อยที่เป็นอุปกรณ์เสริมคือ 5 V หรือ 12 V ตัดแต่งได้ในช่วงกว้าง 3.3 V ถึง 8 V และ 8 V ถึง 24 V ตามลําดับ.

ประสิทธิภาพของชิ้นส่วน RPMGQ-20 และ RPMGS-20 นั้นสูงมาก โดยสูงสุดที่ 98% สําหรับรุ่นเอาต์พุต 12 V และ 94% สําหรับรุ่นเอาต์พุต 5 V โดยมีเส้นโค้งประสิทธิภาพเกือบแบนลงเหลือโหลดประมาณ 10% เนื่องจากการสูญเสียต่ําและการออกแบบระบายความร้อนขั้นสูง จึงสามารถโหลดเต็มที่ได้ด้วยการไหลเวียนของอากาศที่อุณหภูมิแวดล้อมมากกว่า 90°C สําหรับทุกรุ่นที่ลดลงถึง 120°C.

ผลิตภัณฑ์มีการป้องกันที่ครอบคลุมจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้า กระแสไฟเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร และอุณหภูมิเกิน นอกจากนี้ยังมีอินพุตความรู้สึกระยะไกลและการควบคุม.