多重負載電源系統的設計

目前市場上已出現一種全新的設計工具，能夠同時配置和設計多重負載電源系統，而且還有助于縮小方案體積、提高系統效率以及降低系統成本。

　　設計單個電源

　　在電源設計流程的最初階段，工程師首先要確定電壓與電流規格，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，確定整體設計目標。然后，設計師可以使用美國國家半導體WEBENCH??設計工具的可視化功能來獲得最符合設計要求的解決方案。

　　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種不同設計，而不同設計之間的性能存在很大差異。這是由于：A)開關頻率不同，B)設備有同步與異步開關之分，C)控制器設備有外置FET與集成FET之分。圖標方式有助于設計師獲得符合目標的最優解決方案。

　　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

　　系統級設計

　　如果采用此單個電源設計方法并將其應用至整個系統，則可行的設計方法數量就會大幅增加。如圖2顯示,具有FPGA、內存、通信及馬達控制元素的系統板。

　　圖2：單個系統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

　　本系統具有48V輸入和9個負載。設計系統電源的第一項任務是將電壓分組在一起，因此我們共有五種電壓。繼而，設計師需要確定所需的架構，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。確定電壓軌架構后，設計師需要優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架構。上圖同時也是每個電源的最優解決方案圖表，其中包括大量需要考慮的選項。