多重負(fù)載電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)一種全新的設(shè)計(jì)工具，能夠同時(shí)配置和設(shè)計(jì)多重負(fù)載電源系統(tǒng)，而且還有助于縮小方案體積、提高系統(tǒng)效率以及降低系統(tǒng)成本。

　　設(shè)計(jì)單個(gè)電源

　　在電源設(shè)計(jì)流程的最初階段，工程師首先要確定電壓與電流規(guī)格，包括最低與最高輸入電壓、輸出電壓及負(fù)載電流。用戶必須針對(duì)組件大小、效率及成本，確定整體設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后，設(shè)計(jì)師可以使用美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體WEBENCH??設(shè)計(jì)工具的可視化功能來(lái)獲得最符合設(shè)計(jì)要求的解決方案。

　　如圖1顯示,輸入為14至22V，輸出為3.3V、1A典型降壓電源的不同解決方案。y軸表示組件大小，x軸表示效率，圓圈大小表示物料總成本。在此案例中，顯示了一組在輸入下可能獲得的50種不同設(shè)計(jì)，而不同設(shè)計(jì)之間的性能存在很大差異。這是由于：A)開關(guān)頻率不同，B)設(shè)備有同步與異步開關(guān)之分，C)控制器設(shè)備有外置FET與集成FET之分。圖標(biāo)方式有助于設(shè)計(jì)師獲得符合目標(biāo)的最優(yōu)解決方案。

　　圖1：一組在特定輸入下方案大小、效率及物料成本之間進(jìn)行權(quán)衡后50種不同的電源解決方案

　　Footprint方案大小

　　BOMCost物料清單成本

　　Efficiency效率

　　系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)

　　如果采用此單個(gè)電源設(shè)計(jì)方法并將其應(yīng)用至整個(gè)系統(tǒng)，則可行的設(shè)計(jì)方法數(shù)量就會(huì)大幅增加。如圖2顯示,具有FPGA、內(nèi)存、通信及馬達(dá)控制元素的系統(tǒng)板。

　　圖2：?jiǎn)蝹€(gè)系統(tǒng)板中的多重直流負(fù)載示例。此示例需要多重電源解決方案。

　　PowerSupplyProtecTIon電源與保護(hù)

　　Manyloads,ManySupplies多負(fù)載、多電源

　　CoreSupply核心電源

　　FPGAIOFPGAIO

　　VccaVcca

　　Flash

　　閃存

　　SDRAMSDRAM

　　CCDCCD

　　PLLPLL

　　MotorControl馬達(dá)控制

　　Miscellaneous其它

　　9Loadsand5Voltages9個(gè)負(fù)載和5種電壓

　　本系統(tǒng)具有48V輸入和9個(gè)負(fù)載。設(shè)計(jì)系統(tǒng)電源的第一項(xiàng)任務(wù)是將電壓分組在一起，因此我們共有五種電壓。繼而，設(shè)計(jì)師需要確定所需的架構(gòu)，包括是否需要在源電源與負(fù)載點(diǎn)電源之間放置一個(gè)或多個(gè)中間電壓軌。這種情況如圖3中所示。

　　中間電壓軌可通過(guò)將不同電源的工作周期限制為最佳范圍來(lái)提高效率，從而提高系統(tǒng)性能。它還可以通過(guò)下列方式來(lái)減少成本和方案大?。簩⒏邏航M件限制為中間電源，同時(shí)允許下游電源使用低壓組件，而低壓組件通常價(jià)格更便宜且體積更小，尤其是在使用陶瓷電容器時(shí)，更是如此。確定電壓軌架構(gòu)后，設(shè)計(jì)師需要優(yōu)化電源以減小方案大小、提高效率及/或降低成本。

　　圖3是1個(gè)12伏特中間電壓軌電源和4個(gè)負(fù)載點(diǎn)電源組成的典型電源系統(tǒng)架構(gòu)。上圖同時(shí)也是每個(gè)電源的最優(yōu)解決方案圖表，其中包括大量需要考慮的選項(xiàng)。