Ở mức độ cơ bản nhất, nhiệm vụ của bộ nguồn là chuyển đổi điện áp xoay chiều (AC) đầu vào thành ít nhất một điện áp thấp hơn và một điện áp một chiều (DC) cao hơn theo cách hiệu quả nhất có thể. Các thiết kế điển hình bắt đầu với nhiều khối chuyển đổi AC/DC, tích hợp mạch hiệu chỉnh hệ số công suất (PFC) để tối đa hóa công suất từ ​​nguồn điện AC chính và đáp ứng các yêu cầu về hệ số công suất theo quy định.

Có nhiều cách để thiết kế các phân đoạn DC/DC, nhưng để cải thiện hiệu suất, kích thước, tốc độ và chi phí của nguồn cung cấp điện, kiến ​​trúc nguồn cung cấp điện đã phát triển từ các kiến ​​trúc nguồn tập trung (CPA) lớn và kém hiệu quả sang các kiến ​​trúc nguồn phân tán (DPA) nhỏ gọn và hiệu quả cao cũng như các kiến ​​trúc bus trung gian (IBA).

Hình 2 thể hiện ba kiểu thiết kế. Kiến trúc CPA tạo ra toàn bộ điện áp hệ thống tại một vị trí trung tâm, sau đó sử dụng một bus phân tán để dẫn các điện áp DC cần thiết, chẳng hạn như 12 V, 5 V và 3,3 V, đến PCB và các thiết bị riêng lẻ.

Ngược lại, DPA và IBA dựa vào điện áp hệ thống DC cao hơn, ở mức 24 V hoặc 48 V. Bộ chuyển đổi DC/DC điểm tải (PoL) sẽ biến đổi điện áp đó thành giá trị mong muốn. Đúng như tên gọi, bộ chuyển đổi DC/DC PoL được đặt càng gần tải càng tốt.

Cả hai kiến ​​trúc đều nhằm mục đích giảm thiểu tổn thất điện năng. Việc truyền tải điện năng từ nguồn điện đến tải thông qua các kết nối điện trở, dù là dây dẫn, thanh dẫn hay đường mạch in, đều dẫn đến tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt, hay còn gọi là tổn thất tiêu tán. Tổn thất tiêu tán dòng điện tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện và được định nghĩa bởi P = I²R, trong đó R là điện trở của dây dẫn hoặc thanh dẫn. Để giảm tổn thất này, cần phải giảm dòng điện hoặc điện trở của dây dẫn.

Để giảm dòng điện trong khi vẫn cung cấp cùng một tổng công suất cho tải, cần phải tăng điện áp (P = VI). Ví dụ, tăng gấp đôi điện áp từ 24 V lên 48 V sẽ giảm dòng điện đi 50% và giảm tổn hao năng lượng đi 75%. Việc cố gắng đạt được kết quả tương tự bằng cách giảm điện trở dây dẫn sẽ đòi hỏi phải tăng gấp bốn lần diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn, điều này sẽ làm tăng trọng lượng và chi phí.

Quản lý nhiệt tốt hơn là một lý do khác để chuyển sang kiến ​​trúc nguồn phân tán. Thiết kế phân tán trải đều các thành phần sinh nhiệt trên toàn bộ diện tích bề mặt thiết bị để giảm thiểu các điểm nóng. Nhiệt là kẻ thù của các linh kiện điện tử.

Người ta đều thừa nhận rằng nhiệt độ hoạt động tăng cao dẫn đến tỷ lệ hỏng hóc cao hơn. Trong một số ứng dụng, chẳng hạn như màn hình LED lớn được sử dụng trong sân vận động hoặc Las Vegas, tác động của nhiệt độ quá cao đặc biệt dễ nhận thấy. Các điểm nóng ở những khu vực này có thể khiến đèn LED hỏng nhanh hơn và trông mờ hơn trong suốt vòng đời của chúng.

Thỏa thuận bảo mật dữ liệu (DPA) hay thỏa thuận đầu tư chiến lược (IBA) — Nên lựa chọn như thế nào?

Nhiều ứng dụng tự động hóa công nghiệp và nhà máy sử dụng điện áp hệ thống 5V hoặc 3.3V cho các thiết bị kỹ thuật số. Các ứng dụng này rất phù hợp với bộ chuyển đổi DPA có tích hợp bộ chuyển đổi DC/DC một cực trên mỗi tải để giảm điện áp nguồn 48V xuống mức thấp hơn.

Tuy nhiên, nhiều ứng dụng khác, bao gồm triển khai viễn thông 4G và 5G, các giá đỡ máy chủ phiến hiệu năng cao trong trung tâm dữ liệu, điện toán đám mây và hệ thống CNTT doanh nghiệp, đều phụ thuộc rất nhiều vào các thiết bị kỹ thuật số như MPU, GPU và ASIC. Với thiết kế vi hình học hoạt động ở điện áp 1,8 V hoặc thấp hơn, các thiết bị này yêu cầu dòng điện hàng trăm ampe và khả năng đáp ứng tải tức thời rất nhanh từ nguồn điện. Việc giảm điện áp từ 48 V xuống 1,8 V trong một bước duy nhất là không hiệu quả do chu kỳ hoạt động rất thấp của các bóng bán dẫn chuyển mạch trong bộ chuyển đổi DC/DC, dẫn đến khả năng đáp ứng tức thời bị giảm.

Trong những trường hợp như vậy, nên sử dụng mạch IBA. Bộ chuyển đổi DC/DC trung gian sẽ hạ điện áp 48V xuống các mức như 3,3V hoặc 5V, và bộ chuyển đổi DC/DC PoL cuối cùng sẽ thực hiện bước giảm điện áp từ 3,3V xuống 1,8V. Hơn nữa, tỷ lệ nhỏ hơn giữa điện áp đầu vào và đầu ra cho phép phản hồi nhanh hơn nhiều.

Bộ chuyển đổi DC/DC RECOM dành cho các ứng dụng PoL.

Bộ điều khiển DC/DC RPMGQ-20 và RPMGS-20 của RECOM rất phù hợp cho các đường nguồn 24V, 28V và 48V như một giải pháp PoL trong DPA.

RPMGQ-20 và RPMGS-20 là các bộ chuyển đổi DC/DC buck dạng khung mở, không cách ly, với định mức đầu ra 20 A. RPMGQ-20 có kích thước tiêu chuẩn công nghiệp dạng quarter brick, trong khi RPMGS-20 có kích thước tiêu chuẩn mới nổi là 36,83 mm x 34,04 mm (1,45" x 1,34") với mười sáu chân cắm tiêu chuẩn dạng brick. Cả hai sản phẩm đều có chiều cao tối đa 15 mm tính từ bề mặt lắp đặt. Các thiết bị hoạt động với điện áp đầu vào 18 V–75 V, và các đầu ra định mức tùy chọn 5 V hoặc 12 V được điều chỉnh trong phạm vi rộng từ 3,3 V đến 8 V và từ 8 V đến 24 V tương ứng.

Hiệu suất của các linh kiện RPMGQ-20 và RPMGS-20 rất cao, đạt tới 98% đối với các mẫu đầu ra 12V và 94% đối với các mẫu đầu ra 5V. Đường cong hiệu suất gần như phẳng, giảm xuống khoảng 10% khi có tải. Nhờ tổn thất thấp và thiết kế tản nhiệt tiên tiến, chúng có thể chịu được tải tối đa với luồng không khí ở nhiệt độ môi trường trên 90°C đối với tất cả các mẫu, xuống đến 120°C.

Sản phẩm này có tính năng bảo vệ toàn diện chống lại điện áp đầu vào, quá dòng, ngắn mạch và quá nhiệt. Nó cũng bao gồm chức năng cảm biến và điều khiển từ xa.