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Verteilte Stromversorgungsarchitektur

Die verteilte Stromversorgungsarchitektur ist ein Energieverteilungssystem, bei dem die Umwandlung zu niedrigen Spannungen erst vor Ort auf der jeweiligen Baugruppe erfolgt. Eine klassische DPA (Distributed Power Architecture) besteht aus einem AC/DC-Netzteil, das die Netzspannung in eine relativ hohe DC-Versorgungsspannung (typischerweise 48V Bus) wandelt, die dann wiederum eine Reihe isolierter DC/DC-Wandler im Brick-Format versorgt, von denen jeder eine Niederspannungslast (0,7V-3,3V) versorgt. Ziel ist eine effizientere Energiewandlung.

Die Stromversorgung in komplexen, modernen Schaltungen versorgt Komponenten, wie beispielsweise leistungsfähige ICs, Mikrocontroller, DSPs und FPGAs, die unterschiedliche Versorgungsspannungen benötigen. Daher begann man vor ca. 15 Jahren bereits damit, verteilte Stromversorgungsarchitekturen (DPA, Distributed Power Architecture) zu verwenden. Grundsätzlich gilt, dass je größer die Differenz zwischen den Eingangs- und Ausgangsspannungen eines DC/DC-Wandlers ist, desto schlechter ist der Wirkungsgrad der Energiewandlung.Die Ausgangsspannung eines Frontend-Netzteils mit 48V galvanisch getrennt auf 3,3V oder darunter abwärts zu wandeln, ist bezüglich Effizienz und Genauigkeit nur schwer umzusetzen.Daher entwickelte sich aus dieser Struktur die heute gängige Intermediate-Bus-Architektur (IBA). (Bild 1)
Die IBA ist eine verteilte Stromversorgungsarchitektur, die eine weitere DC/DC-Spannungswandlungsebene aufweist. Hierbei speist ein AC/DC-Netzteil einen isolierten DC/DC-Bus-Wandler (IBC) mit 24V oder 48V und dieser gibt wiederum 5V bis 14V an die direkt an der Last platzierten, nicht isolierten PoL-Wandler (Point of Load) ab, welche die erforderliche Spannung für die Lastschaltkreise bereitstellen.
Auf diese Weise können die Kosten für eine Isolation eines jeden DC/DC-Wandlers auf der letzten Ebene eingespart werden. Ein weiterer Vorteil der IBA liegt in der verbrauchernahen Leistungswandlung begründet. Mit der Abnahme der Betriebsspannung der Lasten bei immer kleineren Prozessknoten, kann die Verarbeitungsleistung der ICs erhöht werden. Durch die Steigerung der Leistungsfähigkeit der ICs und niedrigeren Betriebsspannungen steigt der Strombedarf. Bei langen Leiterplattenbahnen oder Systemverkabelung würde eine Stromversorgung, die weit von der Last entfernt sitzt, zu extrem hohen I2R-Verlusten und Instabilität führen. Für die maximale Systemeffizienz sollte die letzte Wandlung also möglichst nah an der Last stattfinden.

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