固態(tài)硬盤電源架構優(yōu)化

圖4：最小尺寸SSD電源解決方案效率。

圖5：最小尺寸SSD電源解決方案響應時間。

第三種SSD電源解決方案要求在全部負載范圍均擁有最高的效率。在服務器環(huán)境下，這種要求極為重要，因為這種使用環(huán)境的散熱和電力成本開銷是一個大問題，但卻可以使用稍大尺寸的解決方案。幸運的是，最小尺寸電源解決方案包含有一種功能，其選擇器件的開關頻率來實現最小解決方案尺寸或者最高效率。如果以最高開關頻率工作(同第二個例子一樣)，解決方案尺寸絕對的最小。但是，功率級的開關損耗會因高工作頻率而增加，導致效率降低。如果工作在最高效率模式下，則解決方案尺寸變?yōu)?5 mm2，最大高度為1.4 mm。圖6-7顯示了這種最高效率解決方案的效率和響應時間。

圖6：最高效率SSD電源解決方案的效率情況。

圖7：最高效率SSD電源解決方案的響應時間情況。

圖8和表1顯示了這三種解決方案的對比情況：

圖8：全功能、最小尺寸和最高效率解決方案的效率對比。

表1：全功能、最小尺寸和最高效率解決方案的性能對比。

這三種SSD電源解決方案具有截然不同、明顯的優(yōu)點和缺點。全功能解決方案可嚴格控制電磁干擾，其為某些應用的基本要求。另外，它還具有較高的效率，特別是在負載電流更強時。但是，當負載減小時效率逐漸降低，并且解決方案尺寸(面積)和高度比其它兩種解決方案要大。在有嚴格EMI規(guī)定或者輻射要求的應用中，或者在不要求小尺寸的情況下，它是一種完全可以接受的解決方案。

最后兩種解決方案經過優(yōu)化后，可以實現最高性能的SSD系統(tǒng)。相比全功能解決方案，最小尺寸解決方案和最高效率解決方案的響應時間更短、電壓更低。這讓主機ASIC可以在沒有SMPS輸出電壓的情況下更快地啟動SSD，并且更加迅速地對其進行讀寫操作，從而留出調整窗口，觸發(fā)系統(tǒng)重置。在這兩種解決方案中，對于要求絕對最小解決方案尺寸的SSD而言，最小尺寸解決方案為理想選擇。這樣，可以為SSD系統(tǒng)的其它元件留出最大的面積，可帶來更大存儲容量的SSD。如果可以使用稍大尺寸的SMPS解決方案，則最高效率解決方案可實現比全功能解決方案更高的效率，同時僅占用其一半的面積。強負載電流下，它的效率不受SMPS本身的限制，但卻受限于所選擇的電感(例如：Coilcraft LPS4414-332)。更大負載時，電阻損耗(電感DCR和MOSFET Rds-on)超過了頻率依賴型損耗。因此，隨著負載增加，低開關頻率工作的效率優(yōu)勢被削弱。使用更低DCR的大尺寸電感時，最高效率解決方案的效率在整個負載范圍都超過了全功能解決方案的效率。同第三個例子一樣，它在大負載條件下的效率與全功能解決方案相當，但解決方案尺寸和高度卻僅為其一半。

SSD設計師們面對的一個終極挑戰(zhàn)是為不同容量的SSD設計電源，其要求電流大小隨容量變化而不同。如果某個SSD僅需要500mA電流，則3A的SSD電源就超出了設計需要，并且成本也過高。不同容量的SSD需要使用一種可調型電源，從而實現設計重用，并降低全新SMPS設計相關的NRE成本。幸運的是，最小尺寸解決方案和最高效率解決方案所使用的SMPS IC，均可以與高低負載電流版本實現針腳對針腳的兼容。在設計更小容量的SSD時，可以使用小電流SMPS IC，以達到降低材料清單成本的目的。同樣，使用大電流SMPS集成電路版本，可馬上增加SMPS的輸出電流能力，以為更大容量的SSD供電。

結論

在確定電源時，固態(tài)硬盤系統(tǒng)設計師需要謹慎考慮其設計目標。SSD是否會被用于高度穩(wěn)定、對電磁干擾敏感的環(huán)境(例如：醫(yī)院等)?是否需要SSD完全匹配機械硬盤的體積因數和尺寸，從而達到直接替換掉機械硬盤的目的?SSD是否會被用于服務器機房，并且那里的電價不斷飆升?我們必須根據這些考慮因素(電磁干擾、尺寸和效率)，在三種不同類型的優(yōu)化版SSD電源解決方案之間進行平衡與折中。在考慮到這些設計目標之后，最佳的開關式電源可使固態(tài)硬盤獲得最高的性能，并滿足許多應用的需求。