電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的無(wú)風(fēng)險(xiǎn)路徑――成功構(gòu)建電源設(shè)計(jì)

圖1：第一步是列出項(xiàng)目的電源需求。在我們的這個(gè)例子中，我們假設(shè)有11路電壓軌，以遞減功率級(jí)別列于表中。為了方便，我們稱(chēng)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(chǎn)品能夠滿(mǎn)足要求呢?有很多這種信息的來(lái)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(shù)據(jù)庫(kù)，并推薦滿(mǎn)足客戶(hù)的輸入和輸出需求的解決方案。利用一個(gè)智能工具，如Vicor解決方案選擇工具(solution selector)，可將產(chǎn)生可能元件的候選者名單所需要的時(shí)間縮短到幾乎為零，并且可以很容易地根據(jù)對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō)最重要的標(biāo)準(zhǔn)，為特定設(shè)計(jì)選擇一個(gè)最佳的元件。大多數(shù)工程師恰恰沒(méi)有令人奢望的“學(xué)習(xí)時(shí)間”來(lái)手動(dòng)完成這項(xiàng)重要任務(wù)。

圖2：使用Vicor的PowerBench工具來(lái)簡(jiǎn)化元件選擇過(guò)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(gè)安全特低電壓(SELV)。在很多高性能應(yīng)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(tǒng)。由于來(lái)自器件的散熱，選擇熱適應(yīng)的元件至關(guān)重要。這些元件將需要放置在系統(tǒng)內(nèi)部的多個(gè)位置。這包括在一個(gè)機(jī)箱或主板上安裝的電源系統(tǒng)，而每個(gè)元件的相應(yīng)冷卻都需要加以考慮。

接下來(lái)是從SELV傳送功率至負(fù)載點(diǎn)。工程師們需要為他們的應(yīng)用謹(jǐn)慎選擇適當(dāng)?shù)碾妷很墶＿^(guò)多的轉(zhuǎn)換級(jí)將降低應(yīng)用的效率。近年來(lái)，電源設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始從12V軌轉(zhuǎn)向可提供更高系統(tǒng)效率的48V軌。我們面臨的挑戰(zhàn)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(lái)評(píng)估其設(shè)計(jì)的性能。

終于有了負(fù)載點(diǎn)元件的選擇?；谶x擇的SELV，工程師需要選擇達(dá)到PoL要求所需的元件，以便可以在高電流時(shí)達(dá)到低于1V。其中的隔離和調(diào)節(jié)是必需的，可以使用DC-DC轉(zhuǎn)換器，如Vicor DC轉(zhuǎn)換器模塊(DCM)。設(shè)計(jì)人員還可以使用專(zhuān)為分比式電源架構(gòu)設(shè)計(jì)的元件，其中的調(diào)節(jié)和電壓變換/隔離功能是分開(kāi)的。選擇后者有助于設(shè)計(jì)人員獲得高功率密度，這相當(dāng)于具備了在一個(gè)小空間內(nèi)轉(zhuǎn)換大量電能的能力。

步驟2—構(gòu)建

構(gòu)建系統(tǒng)的第一個(gè)步驟是創(chuàng)建一個(gè)電源系統(tǒng)的方框圖，從輸出開(kāi)始，然后向輸入后向推進(jìn)。從最低功率級(jí)別開(kāi)始它的運(yùn)作更好，并從那里繼續(xù)工作，以便可以審查功率元件類(lèi)別，并隨功率級(jí)別的增加在必要時(shí)做出改變。

根據(jù)適當(dāng)功率級(jí)別選擇正確的元件類(lèi)別非常重要。例如，在低功耗條件下，系統(tǒng)級(jí)封裝產(chǎn)品(SiP)，如Vicor ZVS降壓穩(wěn)壓器是最好的解決方案。在較高功率級(jí)別，更好的方法可能是使用Vicor的ChiP產(chǎn)品(Converter housed in Package，轉(zhuǎn)換器級(jí)封裝)。根據(jù)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的電壓軌數(shù)量的復(fù)雜性，可以在應(yīng)用中使用SiP和ChiP的組合。

這將有助于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的最大功率密度和成本效益，并保持系統(tǒng)中每個(gè)器件的高效率運(yùn)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(jí)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(jí)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(shè)計(jì)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(kāi)始在系統(tǒng)框圖類(lèi)別中建立一個(gè)我們需要的電源模塊和功率級(jí)別的畫(huà)面。

第2步-構(gòu)建-按類(lèi)區(qū)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(lèi)別。

第2步-構(gòu)建-框圖-工作回到輸入端(2)

第2步-構(gòu)建-框圖-如需要優(yōu)化評(píng)估

圖4：繼續(xù)剛才的工作，我們可以確定為每路電壓軌提供功率級(jí)別需要的元件類(lèi)別。在這個(gè)級(jí)，我們應(yīng)該時(shí)刻牢記確保我們平衡負(fù)載，并利用每個(gè)器件的功率容量所需的功率級(jí)別。在這里，我們看到了我們?cè)瓉?lái)估計(jì)的優(yōu)化。