電源系統設計的無風險路徑――成功構建電源設計

圖1：第一步是列出項目的電源需求。在我們的這個例子中，我們假設有11路電壓軌，以遞減功率級別列于表中。為了方便，我們稱之為主電源軌(MR)和輔助電壓軌(AR)。備注欄中包含了所有特殊要求。

什么樣的產品能夠滿足要求呢?有很多這種信息的來源。例如，Vicor提供了一種解決方案選擇工具，可以搜索可用元件的數據庫，并推薦滿足客戶的輸入和輸出需求的解決方案。利用一個智能工具，如Vicor解決方案選擇工具(solution selector)，可將產生可能元件的候選者名單所需要的時間縮短到幾乎為零，并且可以很容易地根據對應用來說最重要的標準，為特定設計選擇一個最佳的元件。大多數工程師恰恰沒有令人奢望的“學習時間”來手動完成這項重要任務。

圖2：使用Vicor的PowerBench工具來簡化元件選擇過程。

有哪些是可用的典型功率元件：

首先是功率傳輸。在這里，功率元件必須采用高壓直流或交流電源，并把它變換為一個安全特低電壓(SELV)。在很多高性能應用中，工程師們正在利用高電壓和高電流將電源提供給他們的系統。由于來自器件的散熱，選擇熱適應的元件至關重要。這些元件將需要放置在系統內部的多個位置。這包括在一個機箱或主板上安裝的電源系統，而每個元件的相應冷卻都需要加以考慮。

接下來是從SELV傳送功率至負載點。工程師們需要為他們的應用謹慎選擇適當的電壓軌。過多的轉換級將降低應用的效率。近年來，電源設計已經開始從12V軌轉向可提供更高系統效率的48V軌。我們面臨的挑戰是選擇能夠以最高效率提供合適性能的最佳元件。像Vicor的Whiteboard工具可幫助工程師們使用不同SELV來評估其設計的性能。

終于有了負載點元件的選擇。基于選擇的SELV，工程師需要選擇達到PoL要求所需的元件，以便可以在高電流時達到低于1V。其中的隔離和調節是必需的，可以使用DC-DC轉換器，如Vicor DC轉換器模塊(DCM)。設計人員還可以使用專為分比式電源架構設計的元件，其中的調節和電壓變換/隔離功能是分開的。選擇后者有助于設計人員獲得高功率密度，這相當于具備了在一個小空間內轉換大量電能的能力。

步驟2—構建

構建系統的第一個步驟是創建一個電源系統的方框圖，從輸出開始，然后向輸入后向推進。從最低功率級別開始它的運作更好，并從那里繼續工作，以便可以審查功率元件類別，并隨功率級別的增加在必要時做出改變。

根據適當功率級別選擇正確的元件類別非常重要。例如，在低功耗條件下，系統級封裝產品(SiP)，如Vicor ZVS降壓穩壓器是最好的解決方案。在較高功率級別，更好的方法可能是使用Vicor的ChiP產品(Converter housed in Package，轉換器級封裝)。根據驅動負載所需的電壓軌數量的復雜性，可以在應用中使用SiP和ChiP的組合。

這將有助于實現系統內的最大功率密度和成本效益，并保持系統中每個器件的高效率運行。

回頭看一下圖1，很明顯，前三路電壓軌(MR#1、2和3)是需要最高功率級別器件的電壓軌，而最后五路電壓軌(MR#7直到AR#2)是功率級別最低的器件。其余的(MR#4直到MR#6)介于兩者之間。在這里，設計人員將需要利用自己的判斷力，決定器件方面的選擇。完成了輸出工作后，就可以開始在系統框圖類別中建立一個我們需要的電源模塊和功率級別的畫面。

第2步-構建-按類區分

圖3：從電源軌的需求分析，我們可以判斷最合適的功率元件類別。

第2步-構建-框圖-工作回到輸入端(2)

第2步-構建-框圖-如需要優化評估

圖4：繼續剛才的工作，我們可以確定為每路電壓軌提供功率級別需要的元件類別。在這個級，我們應該時刻牢記確保我們平衡負載，并利用每個器件的功率容量所需的功率級別。在這里，我們看到了我們原來估計的優化。