多重負載電源系統(tǒng)的設(shè)計簡介

目前市場上已出現(xiàn)一種全新的設(shè)計工具，能夠同時配置和設(shè)計多重負載電源系統(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)計單個電源

　　在電源設(shè)計流程的最初階段，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、輸出電壓及負載電流。用戶必須針對組件大小、效率及成本，確定整體設(shè)計目標(biāo)。然后，設(shè)計師可以使用美國國家半導(dǎo)體WEBENCH??設(shè)計工具的可視化功能來獲得最符合設(shè)計要求的解決方案。

　　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，而不同設(shè)計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)級設(shè)計

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

　　圖2：單個系統(tǒng)板中的多重直流負載示例。此示例需要多重電源解決方案。

　　PowerSupplyProtecTIon電源與保護

　　Manyloads,ManySupplies多負載、多電源

　　CoreSupply核心電源

　　FPGAIOFPGAIO

　　VccaVcca

　　Flash

　　閃存

　　SDRAMSDRAM

　　CCDCCD

　　PLLPLL

　　MotorControl馬達控制

　　Miscellaneous其它

　　9Loadsand5Voltages9個負載和5種電壓

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

　　中間電壓軌可通過將不同電源的工作周期限制為最佳范圍來提高效率，從而提高系統(tǒng)性能。它還可以通過下列方式來減少成本和方案大小：將高壓組件限制為中間電源，同時允許下游電源使用低壓組件，而低壓組件通常價格更便宜且體積更小，尤其是在使用陶瓷電容器時，更是如此。確定電壓軌架構(gòu)后，設(shè)計師需要優(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12伏特中間電壓軌電源和4個負載點電源組成的典型電源系統(tǒng)架構(gòu)。上圖同時也是每個電源的最優(yōu)解決方案圖表，其中包括大量需要考慮的選項。