中間總線電源架構正在迅速受到人們的青睞。根據Darnell Group的研究，預計未來幾年中間總線轉換器（IBC）的市場將增長兩倍之多，其動力主要是來自高端服務器、存儲以及網絡應用。雖然半磚電源迄今為止仍占有最大的銷量，但更小型的1/8和1/16磚電源將很快占據幾乎一半的市場。每種類型的功率等級也在不斷增加，為的是滿足對負載點轉換器（POL）的大電流需求。

按照瓦特數統計的全球DC-DC轉換器模塊市場（百萬美元）

系統板上電壓軌數量的增加，以及ASIC、DSP和FPGA要求的更高電流水平的推動下，半導體供應商推出了形形色色的轉換器IC來滿足這個市場需求。到目前為止，最為成功的IC是由Vishay推出的Siliconix SiP11205和SiP11206。這些用于IBC應用的控制器IC是第一批出現在市場上的這類單芯片器件。這些器件集成了高壓（75 V）半橋MOSFET驅動器，具有1.6 A的峰值電流驅動能力，以及各種電流監視和控制功能。

POL

IBC：中間總線架構

SiP11205和SiP11206可用于電信和網絡設備中的隔離式半橋IBC，以及1/16磚或1/8磚電源模塊的初級側，這里的像48 V的標準總線電壓都需要轉換成為12 V或12 V以下的中間電壓。這些新器件可以通過不需要使用獨立的控制器和用于次級同步整流的高壓MOSFET驅動器元件來簡化設計，并降低解決方案的成本，同時其半橋架構可通過采用更低電壓的元件來進一步降低成本和空間要求。

SiP11205和SiP11206控制器可以高于95 %效率來降低電壓。這種性能水平有助于顯著降低功耗，同時可以增加功率密度，而無需采用強制風冷。這些器件具有36 V至75 V的輸入電壓范圍，可以按照ETSI 300-132-2的要求充分處理100 ms的100 V的瞬變。集成的±1.6 A高壓MOSFET驅動器可以使每個IC都能驅動半橋轉換器低側和高側開關器件。其振蕩器頻率可以設置在200 kHz至1MHz（100至500kHz開關頻率），這是業界最寬的范圍，它可以與外部同步源同步。自驅動同步整流可以省去次級MOSFET驅動器和隔離式脈沖驅動器，以降低成本并簡化設計。

SiP11205采用了輸入電壓檢測和前饋電路，可以使輸出電壓保持在嚴緊的范圍之內（2 % 4 %），而無需使用光電耦合器或電壓反饋電路。在DC變壓器模式下的滿度輸入電壓范圍內，SiP11206與需要在最理想的占空比下工作的轉換器是不同的，這將有助于顯著改善系統效率。兩款器件的負載調節約率為3 %。

為了設計一個滿足需要的充分穩壓的IBC，Vishay在Si9122A半橋控制器中采用了SiP11203或SiP11204次級同步整流驅動器，后者可提供0.5 %線路和負載調節率。

SiP11205和SiP11206提供了一整套保護功能。控制器電源電壓是利用一個片上前置穩壓器電路線性調節至其目標電壓的。先進的電流監視和控制電路有助于用戶在初級電路中設置最大電流。

這個功能可以防止受到過流條件、輸出短路以及平行電源出現故障的影響。當VIN降至預設閾值時，低輸入電壓檢測禁用VOUT。其他功能包括可編程軟啟動和過溫保護。由于次級使用了一種自驅動整流電路，該電路可以啟動進入預偏壓狀態。

Vishay已推出了兩款可以完整實現IBC模塊的參考設計，可以處理12 V輸出的15 A，并以高于95 %的效率運行。一個可以提供半穩壓輸出，另一個可以提供定比率輸出，以跟蹤輸入電壓方面的變化。

這兩種IBC設計采用集成了磁性元件的8層PCB，兩者都是1/8磚IBC電源轉換器，可以插進一個基板，對性能進行測試和評估。IBC板提供了可選的窄（42 V至55 V）或寬（36 V至75 V）的輸入電壓范圍，標稱輸出電壓為12 V，標稱負載電流為15 A，初級和次級功率MOSFET可分別選擇PolarPAK SO-8或PowerPAK SO-8封裝。該基板包括輸入保險絲、輸入、輸出和遠程啟用（remote enable）連接器、使能開關、輸入大電容（bulk capacitor），以及輸出電壓測量同軸SMC連接器。基板上的切掉部分（cutout）有助于IBC板兩側的探測，同時也可以順利上電（fully powered-up）并產生最大的功率。

功率級是一個半橋轉換器，由SiP11205或SiP11206 IC進行控制。該半橋架構使功率級元件承受的電壓更小，因此可以節省成本，減小元件尺寸，同時提供更高的效率。

在SiP11206型號中，轉換器占空比是固定的，而且是由R2進行設置的。它通常設置為一個接近最大效率50 %的值。然后，利用輸入電壓的變化和變壓器的匝數比確定輸出電壓。在這個參考設計中，變壓器的匝數比為2︰1。在SiP11205型號中，最大占空比被設置在最小輸入電壓。然后占空比將隨輸入電壓的升高而降低，它采用的是一種前饋方式，從而使線電壓范圍的輸出電壓變化更小。這樣就可以節省POL的成本，優化下游POL的性能。

控制器IC的啟動由其自身內置的9.5 V前置穩壓器供電，后者是由線電壓驅動的。一旦轉換器開始切換，次級變壓器繞組就會提供一個獨立的10.3 V VCC電源，它是通過由R18、Q7、D8形成的一個穩壓器來提供的。次級側同步整流器是自驅式的，其受控的柵極電壓不隨輸入電壓而變化。這將有助于改善效率和實現更安全的驅動電壓。通過D9、R19、C12和D10可以在次級側上生成本地10 V偏置電源。MOSFET Q8和Q3是由反相變壓器（opposite transformer）節點觸發的，而與同步整流器柵極耦合的10 V電壓要低于閾值電壓降。

在前饋設計中，輸出濾波器連接了一個肖特基二極管。前饋型號的死區時間更長，這是因為在較高線電壓下占空比較小。在這個死區時間內，由于沒有變壓器電壓可以使同步整流器導通，所以同步整流器是不工作的。因此，無需使用肖特基二極管，電感電流就會流經同步整流器的兩個體二極管。肖特基二極管比體二極管的壓降更小，這樣就可以提高效率。

該參考設計為1/8磚尺寸，使用了八層PC板，外層板使用了3盎司的銅制造，內層用了4盎司銅。該變壓器是一個平面磁性元件，采用了E22/6/16鐵芯。

SiP11205和SiP11206也是構建80 W至150 W輸出功率的緊湊型高密度1/16磚IBC的理想選擇，為1/16磚電源提供比目前市場上產品更高的輸出電流。只要將15A IBC的磁性元件變為更小的E18/4/10鐵芯，該設計就仍可提供高于10 A的輸出電流。1/8磚和1/16磚設計的相對效率如下圖所示，它顯示了較低電流水平的效率更高。1/16磚將在德國2008 Electronica展覽會上進行展示。

48 V輸入，12 V輸出的1/8磚與1/16磚效率的比較

SiP11205和SiP11206還可以利用全橋結構進行配置，只要不使用內置高壓MOSFET驅動器，而代之以兩個大電流外置標準半橋驅動器就可以了。這種方法可以實現更高的功率輸出，以及更加有效的布局，而且事實上更加經濟有效，不需要使用過應力控制器IC。SiP11205和SiP11206控制器仍然提供了電流限制保護。這種方法為設計人員滿足350W至700W輸出功率要求的1/8磚和1/4磚設計提供了迅速的上市時間。

如下所示的電路原理圖說明了SiP11205和SiP11206驅動全橋配置中兩個半橋驅動器的方法。

結論

SiP1205和SiP11206是設計滿足當今大電流、多電壓POL需求的1/16、1/8磚尺寸半橋和全橋中間總線轉換器的理想的先進IBC控制器。