多重负载电源系统的设计

目前市场上已出现一种全新的设计工具，能够同时配置和设计多重负载电源系统，而且还有助于缩小方案体积、提高系统效率以及降低系统成本。

　　设计单个电源

　　在电源设计流程的最初阶段，工程师首先要确定电压与电流规格，包括最低与最高输入电压、输出电压及负载电流。用户必须针对组件大小、效率及成本，确定整体设计目标。然后，设计师可以使用美国国家半导体WEBENCH??设计工具的可视化功能来获得最符合设计要求的解决方案。

　　如图1显示,输入为14至22V，输出为3.3V、1A典型降压电源的不同解决方案。y轴表示组件大小，x轴表示效率，圆圈大小表示物料总成本。在此案例中，显示了一组在输入下可能获得的50种不同设计，而不同设计之间的性能存在很大差异。这是由于：A)开关频率不同，B)设备有同步与异步开关之分，C)控制器设备有外置FET与集成FET之分。图标方式有助于设计师获得符合目标的最优解决方案。

　　图1：一组在特定输入下方案大小、效率及物料成本之间进行权衡后50种不同的电源解决方案

　　Footprint方案大小

　　BOMCost物料清单成本

　　Efficiency效率

　　系统级设计

　　如果采用此单个电源设计方法并将其应用至整个系统，则可行的设计方法数量就会大幅增加。如图2显示,具有FPGA、内存、通信及马达控制元素的系统板。

　　图2：单个系统板中的多重直流负载示例。此示例需要多重电源解决方案。

　　PowerSupplyProtecTIon电源与保护

　　Manyloads,ManySupplies多负载、多电源

　　CoreSupply核心电源

　　FPGAIOFPGAIO

　　VccaVcca

　　Flash

　　闪存

　　SDRAMSDRAM

　　CCDCCD

　　PLLPLL

　　MotorControl马达控制

　　Miscellaneous其它

　　9Loadsand5Voltages9个负载和5种电压

　　本系统具有48V输入和9个负载。设计系统电源的第一项任务是将电压分组在一起，因此我们共有五种电压。继而，设计师需要确定所需的架构，包括是否需要在源电源与负载点电源之间放置一个或多个中间电压轨。这种情况如图3中所示。

　　中间电压轨可通过将不同电源的工作周期限制为最佳范围来提高效率，从而提高系统性能。它还可以通过下列方式来减少成本和方案大小：将高压组件限制为中间电源，同时允许下游电源使用低压组件，而低压组件通常价格更便宜且体积更小，尤其是在使用陶瓷电容器时，更是如此。确定电压轨架构后，设计师需要优化电源以减小方案大小、提高效率及/或降低成本。

　　图3是1个12伏特中间电压轨电源和4个负载点电源组成的典型电源系统架构。上图同时也是每个电源的最优解决方案图表，其中包括大量需要考虑的选项。