電源系統設計的無風險路徑(上)

　　摘要：現在，高性能電源系統已經有了長足進展，設計人員正在使用多個輸入電壓，驅動種類繁多應用的多路電壓軌。為了確保PoL穩壓器盡可能靠近負載的需求，設計人員需要在一個非常小的范圍實現大量功率轉換功能。與此同時，企業資源正趨于擴展到工程師，常常是由多面手，而不是電源專家來負責設計電源系統。因此，當今復雜的電源要求可能令設計人員非常頭痛：如何利用不同資源為多樣化的負載提供高性能電源，從而保證架構的所有部分都在其功率和散熱范圍內運行，同時還可優化效率和成本目標。

　　工程師如何充分利用現在可用的高性能構建模塊，認真考慮并著手構建一個設計，負責設計一個項目中的優化的電源系統呢?這確實是一個艱難的選擇——特別是當這不是你的專業領域時。這里所需要的是一種有大量支持的無風險方法，不允許出錯;重新投片價格昂貴，而且可能會導致錯過時機。

　　站在電源設計創新前沿的Vicor公司率先推出了功率元件設計方法。工程師們可以利用一種行之有效的方法，采用業界成熟的元件，可預見和經濟高效地配置高性能電源系統。

　　功率元件是由專業電源工程師針對效率、功率密度、瞬態響應和EMI進行了全面優化的專用模塊。通過這種方法，而不是使用分立元件開發電源鏈，所有這些關鍵參數都已經過優化，并為設計師準備好了針對任何電源設計項目的一個最合適的解決方案。另外，這些模塊的結構完全適合未來的設計重復使用，節省了時間和精力。

　　如果再結合可用的系列工具和資源，這種方法將以更低的風險實現一個更加快速和更加簡單的設計周期，來完成項目，并將產品推向市場。

　　功率元件設計方法有三個步驟：確定、構建和實施。

　　第1步——確定

　　這是一個項目電源需求的“大局”觀，定義了電壓軌數量、電壓和電流的需求，同時考慮項目的時間。在這個階段，要做出這些需求的列表，并初步考慮可以用來滿足這些需求的產品類型。

　　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應用，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。

　　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VicorDC轉換器模塊(DCM)。設計人員還可以使用專為分比式電源架構(Factorized Power Architecture，FPA)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。(未完待續)