Avec la pression visant à améliorer l'efficacité énergétique, la taille, la vitesse et le coût des systèmes électroniques modernes, l'architecture à alimentation centralisée (CPA), relativement inefficace, a été remplacée par une architecture à alimentation distribuée et une architecture à bus intermédiaire (IBA), compactes et à haut rendement énergétique. Dans l'ancienne architecture CPA, toutes les tensions du système étaient générées de manière centralisée, puis transmises à la charge via des bus de distribution (figure 1).
Cette architecture est efficace si les tensions sont élevées et les courants faibles, ou si les distances entre l'alimentation et les charges sont petites. Cependant, la configuration système actuellement requise est différente. Équipées de nouvelles générations de microprocesseurs, de modules mémoire, de DSP et d'ASIC, elles requièrent plusieurs basses tensions avec un courant élevé. De plus, les charges à basse tension sont distribuées aux cartes système. Avec l'architecture CPA, les pertes de distribution sont importantes et l'efficacité globale du système est plus faible, ce qui renforce le coût de la gestion thermique et nuit à la fiabilité des composants.
Figure 1 : Dans les architectures à alimentation centralisée, toutes les tensions sont générées dans un même boîtier et chaque tension est acheminée séparément à la charge. (Source : Vicor)
Face aux limites de l'architecture CPA, l'architecture DPA, apparue au début des années 1980, a décentralisé l'alimentation et réduit les pertes de distribution. Dans l'architecture DPA, le convertisseur CA/CC frontal génère une tension de bus CC fixe, comme 48 VCC. La plupart des centres de données et des équipements de télécommunication utilisent la tension de bus 48 VCC pour alimenter plusieurs convertisseurs CC/CC abaisseurs au niveau du point de charge (POL). Ensuite, les convertisseurs de POL génèrent les basses tensions requises, au niveau du courant de sortie élevé, pour traiter les charges requises (figure 2).
Figure 2 : Dans l'architecture à alimentation distribuée traditionnelle, une tension de bus CC, comme 48 VCC, alimente plusieurs convertisseurs CC/CC abaisseurs isolés, au point de charge (POL). Ceux-ci génèrent ensuite les basses tensions requises, au niveau du courant de sortie élevé, pour alimenter les charges requises.
Les convertisseurs CC/CC isolés, utilisés dans l'architecture DPA, affichent une efficacité et une densité d'alimentation élevées (en général, supérieures à 90 %). Mais, avec les processus nanométriques, les tensions de ces récents systèmes semiconducteurs, comme les modules DSP, mémoire et ASIC, ont chuté à 1 V, voire moins, tandis que les courants augmentaient simultanément. De plus, ces nouveaux circuits intégrés exigent également une réponse transitoire plus rapide de la part des convertisseurs CC/CC de l'architecture DPA. De fait, le rapport d'abaissement de ces convertisseurs CC/CC de POL a augmenté, générant davantage de pertes et réduisant l'efficacité de ces convertisseurs.
Pour gérer la multiplicité de basses tensions et de courants élevés au niveau des points de charge sur les cartes système, des convertisseurs plus efficaces, moins onéreux et à réponse transitoire plus rapide ont fait leur apparition. Cette architecture est dite à bus intermédiaire (IBA). Apparue il y a plus de 10 ans, l'architecture IBA intègre un convertisseur CC/CC en plus que dans l'architecture DPA traditionnelle (figure 3). La tension de bus de 48 VCC est maintenant abaissée à une tension intermédiaire de 9,6 ou 12 V. Ce convertisseur CC/CC isolé, appelé convertisseur de bus intermédiaire (IBC), permet de piloter des régulateurs buck à point de charge non isolé (niPOL), limitant le point de charge à une fonction de régulation et de transformation.
Figure 3 : L'architecture à bus intermédiaire (IBA) intègre un autre convertisseur CC/CC isolé, appelé convertisseur à bus intermédiaire (IBC) dans l'architecture DPA traditionnelle, qui pilote des régulateurs ruck à point de charge non isolé (niPOL) afin de générer une tension régulée pour la charge.
Plusieurs sociétés spécialisées proposent des convertisseurs IBC à haute efficacité et haute densité pour l'architecture IBA. C'est notamment le cas de Bel Power Solutions, de GE Critical Power et de Vicor. Bel Power, par exemple, propose un convertisseur de bus 420 W 100 % régulé, QME48T35120-NJBBGGE, au format quart-de-brique, qui génère une sortie de 12 VCC à 35 A à partir d'une entrée 48 VCC typique. L'efficacité maximale à demi-charge est d'environ 96 %. GE Critical Power est un autre fournisseur de premier plan. Son convertisseur de bus 400 W 100 % régulé, baptisé QBVW033A0B Barracuda, est un modèle quart-de-brique compatible avec le standard DOSA. Cette famille de convertisseurs a une plage de tension d'entrée comprise entre 36 et 75 V et une sortie régulée de 12 V. L'efficacité typique à demi-charge est de 96,4 %. Pour les applications qui requièrent un contrôle numérique, la société propose le QBDW033A0B Barracuda, un convertisseur quart-de-brique de 400 W, 100 % régulé, compatible avec le standard DOSA et doté d'une interface PMBus. Il génère des tensions de bus intermédiaires de 9,6 à 12 VCC pour alimenter les convertisseurs de point de charge non isolé. La plage de tension d'entrée est comprise entre 36 et 75 VCC.
Pour les systèmes qui requièrent une puissance de sortie inférieure ou égale à 300 W, GE Critical Power a commercialisé un modèle huitième-de-brique, le EBVW025A0B, qui prend en charge une sortie de 9,6 à 12 V, 100 % régulée et conforme au standard DOSA. De plus, il embarque une interface PMBus qui permet un contrôle numérique.