目前，越來越多的應(yīng)用系統(tǒng)對電源系統(tǒng)的功率密度及轉(zhuǎn)換效率提出了更高的要求，在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，不僅功率密度是眾多要素之一，其他比如電源系統(tǒng)架構(gòu)、多種開關(guān)拓?fù)洹㈦娫茨K和基于分立器件設(shè)計(jì)的封裝技術(shù)，每一項(xiàng)都發(fā)揮重要的作用。此外，效率也是其中的一個要素，如配電網(wǎng)絡(luò)(pDN)設(shè)計(jì)、達(dá)到負(fù)載點(diǎn)電壓轉(zhuǎn)換步驟的數(shù)量，以及轉(zhuǎn)換器拓?fù)渑c磁性材料設(shè)計(jì)。對于眾多工程師而言，提高功率密度與效率需要在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)中進(jìn)行權(quán)衡。

破解損耗的難題Vicor全球市場營銷副總裁philDavies表示，近年來電源系統(tǒng)的一個巨大變化是：由于性能及功能要求的提高，負(fù)載功率需求也在不斷攀升。工程師現(xiàn)在更頻繁地發(fā)現(xiàn)，與其配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)相關(guān)的損耗日趨嚴(yán)重，因而他們不得不轉(zhuǎn)而采用更高的電壓來降低I2R損耗，由此增加了電壓轉(zhuǎn)換器的壓力，因?yàn)槠浔仨氃诟蠓秶鷥?nèi)工作。“例如，400V至48V或48V至1V，而非傳統(tǒng)的12V配電。這些更高的pDN電壓現(xiàn)在用于數(shù)據(jù)中心、汽車及工業(yè)系統(tǒng)。”phil說，“如果采用傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋵?8V轉(zhuǎn)換為1V，通常意味著損失效率，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的方式是典型兩級轉(zhuǎn)換，即從48V到12V、然后再從12V到負(fù)載點(diǎn)。工程師必須在使用兩個轉(zhuǎn)換器（帶來的密度挑戰(zhàn)）還是采用改進(jìn)的pDN（提高效率）兩者之間進(jìn)行權(quán)衡。”圖：philDavies,Vicor全球市場營銷副總裁

Vicor為這些高難度設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)提供了領(lǐng)先的模塊化電源解決方案。“我們擁有獨(dú)特的電源系統(tǒng)架構(gòu)、拓?fù)鋵＠约胺庋b實(shí)力，并始終致力于為不斷提高密度和效率而創(chuàng)新。”phil說，“我們的解決方案消除了對密度和效率兩者的權(quán)衡與折衷。”

Vicor通過其分比式電源架構(gòu)、ZVS/ZCS（零電壓、零電流開關(guān)）拓?fù)浜驼艺穹D(zhuǎn)換器拓?fù)浼夹g(shù)，為業(yè)界提供了最高的密度和效率。通過將高壓直接轉(zhuǎn)換成中間母線電壓或負(fù)載點(diǎn)電壓，Vicor的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還消除了高成本的轉(zhuǎn)換步驟。此外，該公司擁有專利的Chip封裝技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高密度，而其集成型的磁性器件則可簡化設(shè)計(jì)。“我們的產(chǎn)品不斷最大限度地提高這些技術(shù)的優(yōu)勢，幫助我們?yōu)楣こ處熖峁┙鉀Q方案，解決他們最艱巨的電源設(shè)計(jì)難題。”phil說，“我們提供模塊化解決方案，而不是一包零散部件，因此可簡化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。”也正是因?yàn)閂icor有自己的高頻率、獨(dú)特的拓?fù)鋵＠O(shè)計(jì)，因此他們可以繼續(xù)使用標(biāo)準(zhǔn)硅FET，其優(yōu)勢仍遠(yuǎn)高于GaN和SiC這類高帶隙電源器件——這類器件是依賴低頻率pWM開關(guān)拓?fù)涞碾娫垂镜倪x擇。

新的變化和挑戰(zhàn)眼下，數(shù)據(jù)中心、新能源汽車包括5G基站等新興應(yīng)用為電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了新的變化和挑戰(zhàn)。比如在極高功率系統(tǒng)中采用48VpDN，甚至380VpDN，現(xiàn)已變得越來越普及。phil表示，在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，由于高性能計(jì)算和人工智能的出現(xiàn)，推動許多云數(shù)據(jù)中心的機(jī)架電源從傳統(tǒng)10KW增長至20KW以上。在高性能計(jì)算數(shù)據(jù)中心，背板上的電源現(xiàn)在是兩個48V服務(wù)器設(shè)計(jì)外加380VDC配電。

電源系統(tǒng)工程師現(xiàn)在面臨幾項(xiàng)挑戰(zhàn)。phil表示，以AI處理器電路板的電源設(shè)計(jì)為例，處理器電流的急劇上升始于2017年，客戶希望為其AIGpU和ASIC提供500A、1V以下的嚴(yán)格穩(wěn)壓解決方案。這帶來了一項(xiàng)非常艱巨的挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)多相降壓陣列密度不夠，無法盡可能靠近處理器放置，也就是說穩(wěn)壓器和處理器之間會有大約200μΩ至400μΩ的pDN電阻。在500A和400μΩ的pDN電阻的情況下，電路板上會有100W的功耗。這就意味著，假設(shè)處理器功耗為400W，系統(tǒng)效率會因pDN的原因降至75%。由于pDN電阻和電流都很高，因此12V多相解決方案無法滿足性能需求。而隨著處理器電流需求持續(xù)提升至1000至1500A峰值，需要全新的方法來顯著降低pDN電阻以及相關(guān)電路板功率及效率損耗。

Vicor提供了一種方法——通過在封裝產(chǎn)品上提供橫向及縱向分比式電源，解決了這一極為艱巨的復(fù)雜難題。橫向解決方案可將pDN電阻降至50μΩ，而縱向解決方案則可將其降至5μΩ。這樣，在縱向供電情況下，一項(xiàng)1000A的GpU或ASIC電源設(shè)計(jì)在電阻為50μΩ時，會消耗5W的pDN電源。這一方法使得Vicor在AI處理器電源市場處于領(lǐng)先地位。除了AI處理器，目前在電動或弱混汽車中也有許多需要轉(zhuǎn)換的電壓。“我們經(jīng)常聽客戶說，他們在尋找1000V、800V、400V以及48V的極高功率轉(zhuǎn)換器。”phil說，“Vicor產(chǎn)品的密度、效率和重量優(yōu)勢引起了他們的高度關(guān)注。從上市時間和設(shè)計(jì)簡化的角度來看，我們的模塊化解決方案也被視為一項(xiàng)重大優(yōu)勢。

控制設(shè)計(jì)成本在影響電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用的諸多因素中，成本是“影響決策”最關(guān)鍵的一環(huán)。phil認(rèn)為，電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本有許多不同的方面，可在開發(fā)期間針對上市時間、市場份額及系統(tǒng)質(zhì)量進(jìn)行判斷。開發(fā)時間過長可能會導(dǎo)致成本增加：資源被當(dāng)前項(xiàng)目占用會造成錯失商機(jī)的成本，而競爭對手搶先占領(lǐng)市場則會降低市場份額。一旦系統(tǒng)投入市場，性能和質(zhì)量都非常重要，因?yàn)榇罅康某杀径寂c因質(zhì)量差而退貨、現(xiàn)場服務(wù)和客戶流失有關(guān)。舉例來說，如果因?yàn)殡娫聪到y(tǒng)的低效率而導(dǎo)致系統(tǒng)效率低下，則設(shè)備可能會發(fā)熱，使用壽命會非常有限。系統(tǒng)也會因使用龐大的散熱管理系統(tǒng)來散熱而變得非常笨重。“許多客戶只會關(guān)注材料清單和設(shè)備成本。這是目光短淺的，根本沒有考慮我提到的許多關(guān)鍵問題。”phil說，“在開發(fā)和生產(chǎn)過程中以及整個生命周期，都必須考慮總體系統(tǒng)成本，以及可以實(shí)現(xiàn)的市場份額。這對于高性能產(chǎn)品來說非常重要。Vicor非常清楚每個模塊單位電流或單位功耗的成本必須符合其所在市場的實(shí)際狀況，而且由于Vicor產(chǎn)品的高密度，我們能夠?qū)崿F(xiàn)極具競爭力的模塊成本。”phil表示，用戶是否選用Vicor的產(chǎn)品和他們的需求密切相關(guān)：如果用戶在空間和性能方面沒有特別要求，可使用普通電源解決方案或每次都希望構(gòu)建其自己的分立式電源系統(tǒng)，那Vicor就不適合他們。“我們提供的模塊化解決方案不僅性能高、密度高，而且簡單易用。”phil說，“我們堅(jiān)信，幫助客戶以更高的系統(tǒng)性能為其解決方案實(shí)現(xiàn)差異化，這將為他們提供一項(xiàng)極具競爭力的優(yōu)勢。”

新興市場前景廣闊目前，48V服務(wù)器、AIGpU和ASIC這類電源市場需求增長很快，Vicor在前者市場占有很大份額，在后者新興市場占據(jù)主導(dǎo)地位。此外。弱混汽車開始采用48V配電系統(tǒng)，純電動輕型車及汽車市場也存在巨大的商機(jī)，因此Vicor開始進(jìn)入汽車市場，而自動駕駛汽車的興起，進(jìn)一步推動了Vicor的解決方案在深度學(xué)習(xí)應(yīng)用數(shù)據(jù)中心市場以及推斷計(jì)算汽車市場的需求。在5G系統(tǒng)方面，Vicor已經(jīng)開始與幾家通信公司合作——通信設(shè)備不僅有極大電流網(wǎng)絡(luò)ASIC，而且正在向7nm和5nm節(jié)點(diǎn)發(fā)展，這就意味著核心電壓會更低，有些會低至0.4V。除了新興市場，通用工業(yè)市場的電源系統(tǒng)正在從基本定制分立器件設(shè)計(jì)向模塊化解決方案轉(zhuǎn)變，越來越多的用戶需要高密度和高性能。“今年晚些時候，Vicor將進(jìn)入AC-DC市場，為單相和三相AC系統(tǒng)提供極高密度的模塊化前端解決方案，這將為我們在許多市場和應(yīng)用帶來令人振奮的全新機(jī)遇。”phil說，“我們的負(fù)載點(diǎn)效率不斷提升。以每平方毫米安培為單位進(jìn)行電流密度測量，目前Vicor的密度是最接近的競爭對手的3倍！就前端而言，以每立方英寸瓦特為單位進(jìn)行測量，Vicor某些產(chǎn)品的功率密度是最接近的競爭對手的10倍！我們正在和全球各大公司合作，逐年擴(kuò)大客戶群。我堅(jiān)信，Vicor的未來無限美好！”