光通信交換機構(gòu)成了現(xiàn)代電信和數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)設(shè)施的支柱。在過去的幾十年里，他們已經(jīng)看到了架構(gòu)的巨大變化，因為它們變得越來越強大。

它們將高性能光學(xué)控制與基于最先進(jìn)半導(dǎo)體工藝的并行數(shù)字處理相結(jié)合。結(jié)果，系統(tǒng)需要大量的電源域，其中許多電源域提供高電流和低電壓的組合。為了適應(yīng)現(xiàn)代通信樞紐，電力系統(tǒng)需要高效。隨著電壓的降低，對效率的需求迫使能源發(fā)送到每個處理器和光收發(fā)器模塊的方式發(fā)生了變化。

最初，電信系統(tǒng)采用集中式電源架構(gòu)，AC轉(zhuǎn)換為 - 48 VDC由一個前端整流器供電，一組DC/DC轉(zhuǎn)換器。大電流母線將所需電壓傳送到機柜內(nèi)的每個架子，其中包含用于切換的線卡。匯流條不僅體積龐大，價格昂貴，而且更難以對電源進(jìn)行調(diào)節(jié)。

在20世紀(jì)90年代，許多電信系統(tǒng)使用的電力傳輸架構(gòu)改為分布式電源架構(gòu)。其中48 V電源被提供給位于線卡和其他計算元件的大量DC/DC轉(zhuǎn)換器。這種趨勢是由電壓的逐漸降低和電流的增加所驅(qū)動的，以及對電源排序的更多控制，以允許模塊的熱插拔。

分布式電源架構(gòu)是在假定存在的情況下設(shè)計的。每塊板通常只有一個或兩個不同的負(fù)載電壓。對于大多數(shù)48 V系統(tǒng)，需要在較高的配電電壓和目標(biāo)電壓之間提供隔離。隔離的轉(zhuǎn)換器往往比它們的非隔離等效物更大且更昂貴。隔離階段需要變壓器，而大多數(shù)非隔離設(shè)計可以簡單地使用電感器。此外，轉(zhuǎn)換器的PCB設(shè)計更復(fù)雜，因為在轉(zhuǎn)換器電路需要提供準(zhǔn)確控制的初級側(cè)和次級側(cè)之間的控制信號之間需要隔離屏障。

然而，即使是分布式電源架構(gòu)限制了可支持的電源軌數(shù)量的靈活性。利用隔離轉(zhuǎn)換器提供兩個以上的輸出電壓需要大量空間并且迅速變得昂貴。用于光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的高密度現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）和處理器通常具有復(fù)雜的功率要求，涉及大量低壓供電軌。例如，高密度FPGA上使用的串行收發(fā)器對核心結(jié)構(gòu)使用的串行收發(fā)器有不同的要求，可能與用于通用I/O的要求不同。

圖1：分布式電源和中間總線架構(gòu)。

解決該問題的一種方法是使用級聯(lián)電源轉(zhuǎn)換器，使用48 V至5 V模塊為一組非隔離降壓穩(wěn)壓器供電并降低產(chǎn)生所需電壓的壓差調(diào)節(jié)器（LDO）。通過采用中間總線架構(gòu)（IBA），這種方法已經(jīng)形成，該架構(gòu)允許使用更好地調(diào)整整體效率的電壓軌。

IBA引入了另一層DC/DC轉(zhuǎn)換器可以靠近每個負(fù)載放置。在許多系統(tǒng)中，基于IBA的電源系統(tǒng)包括一個前端AC/DC電源，典型輸出為24 V或-48 V.該電壓提供給中間總線轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器提供隔離和轉(zhuǎn)換為較低的 - 電平中間總線電壓，通常在5 V至14 V范圍內(nèi)。 12 V導(dǎo)軌是常見的選擇。該中間總線電壓提供給非隔離負(fù)載點（POL）穩(wěn)壓器，為各種數(shù)字和模擬電子模塊提供高質(zhì)量電壓，工作電壓范圍為0.5至5 V.

IBA降低了系統(tǒng)成本，因為它減少了所需的隔離式DC/DC轉(zhuǎn)換器的數(shù)量;消除隔離的需要降低了POL調(diào)節(jié)器的復(fù)雜性和成本。相反，由于POL調(diào)節(jié)器向目標(biāo)設(shè)備提供精確的調(diào)節(jié)電壓，因此對中間總線轉(zhuǎn)換器的調(diào)節(jié)約束可以顯著降低。由于POL穩(wěn)壓器安裝在非?？拷繕?biāo)器件的位置，因此調(diào)節(jié)質(zhì)量更高，并降低了在低電壓下提供高電流所帶來的損耗。中間轉(zhuǎn)換器通常也可以承受從AC/DC電源到其DC輸入的適度變化，這可以節(jié)省前端整流器的成本。

較舊的電源設(shè)計傾向于提供峰值功率下的最高效率。但是，這并不反映許多網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常使用。大多數(shù)將具有不同的活動水平，并且還將指定其電力系統(tǒng)以應(yīng)對高峰值水平，但將花費大部分時間在滿負(fù)荷下運行。此外，使用N + 1拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提供冗余意味著如果其中一個轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障，功率轉(zhuǎn)換器將僅接近峰值電平。因此，中間總線轉(zhuǎn)換器被設(shè)計為在較低負(fù)載下提供更好的效率，通常低至最大輸出的三分之一或四分之一。

CUI的NQB-D和NQB-N系列完全調(diào)節(jié)的中間體總線轉(zhuǎn)換器在半負(fù)載時提供96.4％的效率。每個轉(zhuǎn)換器都使用行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的四分之一磚形狀因子，以提供高達(dá)每平方英寸140 W的功率密度。這些轉(zhuǎn)換器具有高達(dá)2250 VDC的輸入至輸出隔離。

GE Critical Power的Barracuda系列DC/DC轉(zhuǎn)換器旨在支持中間總線架構(gòu)，提供對其12 VDC輸出的完全調(diào)節(jié)。例如，QBVW033A0B的輸入電壓范圍為36至75 VDC，輸出電流高達(dá)33 A.它采用標(biāo)準(zhǔn)的四分之一磚外形，并使用同步整流來幫助實現(xiàn)超過96％的效率，即使是最大電流的三分之一。新型封裝和設(shè)計效率使得電源可以在沒有散熱器的情況下在許多應(yīng)用中使用。

Power-One QME48T20120設(shè)計用于在低電感電源總線上提供無輸出電容的穩(wěn)定性，可提供高達(dá)20 A的電流。 48 V輸入時為12 V.它采用四分之一磚單元，可提供高達(dá)2 kV的隔離，無需散熱器即可使用，以減少對系統(tǒng)氣流的影響。其設(shè)計可將滿負(fù)荷的四分之一提高到一半。另一種可能性是TDK Lambda的Asceta iQG電源模塊。這也基于四分之一磚外形，效率高達(dá)96％，可提供高達(dá)33 A的電流。

向IBA的轉(zhuǎn)變?yōu)殡娫崔D(zhuǎn)換電路的創(chuàng)新提供了機會。根據(jù)輸入電壓范圍和電子系統(tǒng)的電壓要求，中間總線電壓還有其他可能的選擇，而不是12 VDC。當(dāng)然，對于最佳提供良好電壓調(diào)節(jié)的決策存在潛在的權(quán)衡。

處理器和內(nèi)存子系統(tǒng)中電壓水平的持續(xù)下降推動了Vicor推出的分解功率架構(gòu)。它采用了不同的中間總線架構(gòu)方法，利用減少中間總線本身的調(diào)節(jié)量。

圖2：分解動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

分解動力系統(tǒng)旨在最大限度地提高輕載條件下的效率，并在峰值條件下保持效率。使用此策略，總線轉(zhuǎn)換器模塊取代了12 V輸出磚。雖然某些型號提供12 V輸出，但它們可提供高達(dá)48 V的輸出電壓，以利用減少的損耗，并使用380 VDC輸入工作。這些模塊設(shè)計為使用類似于多相功率轉(zhuǎn)換器中的相位脫落的機制并行操作。在輕載條件下，一個或多個總線轉(zhuǎn)換器模塊將關(guān)閉而不是以低效率運行。

提供從48 V降至1 V或更低功率以降低功率的能力 - 邊緣處理器和FPGA，POL轉(zhuǎn)換器分為兩部分。 “分解”這個名稱來自決定在POL部分中分離電壓調(diào)節(jié)和電壓轉(zhuǎn)換的作用。隔離向下游移動到電壓轉(zhuǎn)換模塊（VTM），該模塊設(shè)計用于將直接上游預(yù)調(diào)節(jié)器模塊（PRM）提供的-48 VDC調(diào)節(jié)電壓轉(zhuǎn)換為目標(biāo)電壓。由于VTM設(shè)計用于以固定比率轉(zhuǎn)換電壓，因此PRM對調(diào)節(jié)命令作出反應(yīng)，調(diào)節(jié)其輸出電壓以滿足VTM的要求。該架構(gòu)允許使用兩種不同的功率轉(zhuǎn)換拓?fù)洌槍μ囟ㄞD(zhuǎn)換器的需求，提供電壓轉(zhuǎn)換和隔離或調(diào)節(jié)。