电子设备或系统的发展对所需的电源要求持续增加，系统需要的电源规格不一，但发展趋势是输出不断增多及分散，负载瞬变更快速，负载电压较低而电流却更大，以及电路板趋向密集。设计师需要小封装、高效率、高电流密度的DC-DC转换器，还需考虑不断压缩的成本。目前市场上的电源产品及相应的电源结构已经达到功能极限，很难再进一步改良。本文介绍分比功率架构(Factorized Power或Factorized Power Architecture)，简称FPA及实现这项架构的V-I芯片，可以满足未来电源系统的需求。
　　首先回顾开关电源面世后的应用发展情况，起初的电源是集中式的(Centralized Power)，即系统由一个独立电源供电，其优点是成本效益佳，散热及电磁兼容问题较容易集中处理，不占系统上其他电路板空间，但是很难实现低电压高电流，动态响应差，要更变设计则须重新做一台电源，即不适合做可扩展(Scalable)设计。后来高密度“砖块式”的DC-DC转换器部件或模块面世后，促成分布式功率架构(Distributed Power Architecture)的发展，这在通讯领域的应用尤为显著，因为通讯设备常由一片片电路板插接组成，需要大量的分布式电源。这种电源架构能简单地完成并联、冗余设计，便于扩展，并且瞬变响应优越，但是成本提高了，功率的分布需要许多模块，隔离、稳压在电路上互相重复，EMI滤波及输入保护也在电路多个节点重复，占用了过多的电路板。这迫使分布式功率演化出一项分支称为中转总线架构(Intermediate Bus Architecture)，其特征是由一个隔离式“砖块”部件或总线转换模块(IBC)供电给多个非隔离负载节点转换器(niPOL)，niPOL靠近负载发挥电压转变及稳压，很多更具备同步整流因而效率高，价格也相宜，成本相对下降。但它存在几项严重缺点不易克服，如总线转换器需靠近niPOL，仍占去不少电路板面积;niPOL不备隔离作用而使负载面对潜在高压危险，不隔离在电路上布线也较困难，需注重回路环路、噪声耦合等难题。中转总线电压通常为12V，对高效功率分布，12V电压过低，传输或分布功率时电流大、损耗多，另一方面，对开关转换电压来说，12V则太高了，12V转到1.2V的开关动作的占空比在10%左右，不利高效率的niPOL转换器设计。上述两方面互相矛盾，中转电压很可能在不同场合需要专门选定，例如12V、5V、3.3V，系统难以适应将来的发展。
　　Vicor公司推出的分比功率架构(Factorized Power Architecture)或FPA解决了以上的难题，大幅改进了电源系统的性能、成本、可靠性，由新型的V-I芯片来实现。V-I芯片目前有两种，分别为预稳定压模块(PRM)及电压转变模块(VTM)。要了解它们是什么，先回顾功率转换的三个基本功能组成，即隔离、变压、稳压。一个完整的DC-DC转换器具备这三项功能，中转总线转换器(IBC)则通常只具隔离及变压功能，而niPOL转换器则存在变压及稳压功能，IBC及niPOL合起来当然就能实现全三项功能并且重复了变压功能，是一种最少两级的电压转变串成方式，如前文所述，中转总线电压不好选定。
　　相反，PRM只有稳压功能，VTM则只具变压、隔离功能，PRM及VTM合起来就更能简易实现全功能DC-DC转换器，它们就组成了突破性的分比功率架构-Factorized Power Architecture或FPA，图1显示该功率分布方式的功能组成。

　　该架构的首个模块为预稳定压模块(PRM)。它把输入直流稳压，输出稳压的分比总线(Vf)，这个非隔离PRM器件效率大达99%。由于后面有隔离功能，Vf可被提高，从而电压的分布输送的I2R损耗较低，因此PRM可远离负载点，即使是放在另一片电路板也可以。
　　负载节点上转换器为电压转换模块(VTM)，它把稳压而非隔离的PRM输出作降压或升压输出，并提供微电隔离，输出电压由比值K决定，VOUT=VfK。VTM效率可高达97%，具有良好的的动态响应及噪声特性，80%负载阶跃在100A/μs情况下，VTM能在200ns内反应，在1μs内稳定下来。对于一些高速的微处理器供电，设计师可改用PRM-VTM组合代替标准电压稳压模块，能省去大量高成本、易损坏的负载端电容。
　　TM内部为零电压/零电流开关(ZVS/ZCS)拓扑，具有较低的共模、差模噪声，一个48V至12V的VTM输出在只带1μF陶瓷旁路电容情况下，高频纹波只有12mVpp(输出的0.1%)，性能远胜传统DC-DC转换器。VTM的输出阻抗极低，低电压单元只有约1mΩ，故即使在开环模式下，VTM的负载调整率仅为±4%。PRM-VTM还可做死循环操作进一步强化稳压率。图1所示就是死循环的使用，PRM对应负载变化而控制输出Vf，Vf被上下微调以补尝VTM的输出阻抗效应(如上所述约为±4%)，VTM的任务是变压及隔离，PRM-VTM结合实现稳压、高效率、低噪声及快速瞬态响应等性能。
　　FPA的几个应用例子如图1、2、3，前文已述，图1为死循环应用情形;图2为开环的简单应用，负载调整率是±4%左右;图3为单个PRM驱动多个VTM的应用，只需将最需要严格稳压的负载电压反馈到PRM作死循环，图中VTM对负载1输出精确电压，负载2及3仍能达±4%调整率。PRM-VTM还有很多其他灵活的组合应用方式，在此不一一敷述。
　　VTM更可以并联，而且不需均流控制，具双向传输功率能力。

　　PRM及VTM都是球状网阵(BGA)封装器件，板内置放仅为4mm高，而标准1/4砖模块穿孔置放时的高度为12.7mm。PRM或VTM芯片占用的电路板面积为6.5cm2，而1/4砖模块为21.3cm2。一个双芯片组合(单个PRM及单个VTM)能达500W/in3系统水平功率密度，而在负载节点，密度更大于1000W/in3，等价于近500A/in3的电流密度。VTM的最大功率和最大电流分别为200W及80A。

　　结论
　　分比电源(FPA)是突破传统的电源分布方式，由BGA封装的V-I芯片实行，重新调配了功率转换的功能(变压、稳压及隔离)，这种架构强化功率系统的性能、可靠性、灵活性，而成本却反而下降。

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