作者：Frederik Dostal，ADI公司

摘要

與計(jì)算和仿真工具相比，電源架構(gòu)的設(shè)計(jì)工具并未得到廣泛使用。然而，這些工具在電路電源系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。作為電源開(kāi)發(fā)流程的初始環(huán)節(jié)，這些工具為創(chuàng)建出色的電源架構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。

引言

有多種工具可用于開(kāi)發(fā)電源，為開(kāi)發(fā)人員減輕繁瑣工作的負(fù)擔(dān)。ADI公司推出的知名仿真工具LTspice?便是其中之一。這款工具可對(duì)電源轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行仿真，而且能夠仿真不同的電壓和電流波形，以完善電路設(shè)計(jì)，使其更貼合特定要求。

此外，還有LTpowerCAD?等計(jì)算工具可供使用。與LTspice不同，LTpowerCAD用于計(jì)算，而不是仿真。這款工具可考慮多個(gè)規(guī)格參數(shù)，比如輸入電壓范圍、輸出電壓、負(fù)載電流、輸出電壓紋波等，以便計(jì)算和優(yōu)化電路，從而選擇合適的電源轉(zhuǎn)換器IC，并給出外部無(wú)源元件的建議。因此，在使用LTspice進(jìn)行電路仿真前，通常可使用LTpowerCAD等工具進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化。

電源開(kāi)發(fā)的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是定義電源架構(gòu)或創(chuàng)建電源樹(shù)。完整的系統(tǒng)電源通常需要多個(gè)電源轉(zhuǎn)換器，而且往往需要多個(gè)不同的電壓。為此，有多種方法可達(dá)到目的?？梢允褂秒娫醇軜?gòu)工具（例如ADI的LTpowerPlanner ? ）來(lái)計(jì)算并清楚表示架構(gòu)之間的差異。

圖1.使用LTpowerPlanner創(chuàng)建的電源架構(gòu)。

圖1顯示了LTpowerPlanner的界面，其中顯示了使用24 V輸入的電源架構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，可以生成多個(gè)電源電壓和電流。不同模塊可輕松添加，并通過(guò)連接線(xiàn)路進(jìn)行關(guān)聯(lián)。點(diǎn)擊其中一個(gè)模塊可定義相應(yīng)電源轉(zhuǎn)換的效率。完成這些輸入后，LTpowerPlanner可以對(duì)完整的電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算。圖1所示架構(gòu)的總體效率為91.6%。

圖2.另一種電源架構(gòu)。

借助LTpowerPlanner等架構(gòu)工具，用戶(hù)可以比較不同的電源轉(zhuǎn)換架構(gòu)。圖2所示的解決方案與圖1規(guī)格相同，但結(jié)構(gòu)不同。現(xiàn)在，可以將第二個(gè)解決方案與第一個(gè)解決方案進(jìn)行比較。這里使用線(xiàn)性穩(wěn)壓器(LDO)，從2.8 V電源軌生成1.2 V電源軌。此類(lèi)采用線(xiàn)性穩(wěn)壓器的解決方案比圖1中的轉(zhuǎn)換器4更加經(jīng)濟(jì)高效。

圖2中解決方案的另一個(gè)變化在于，3.3 V電壓不是直接從24 V產(chǎn)生的，而是使用轉(zhuǎn)換器2從5 V直流鏈路電壓產(chǎn)生的。

圖1和圖2不僅顯示了架構(gòu)，還顯示了計(jì)算得出的效率。圖2所示架構(gòu)的總體效率僅為86.3%，比圖1中的解決方案低5.3%。

在決定哪個(gè)架構(gòu)最好時(shí)，可以比較各個(gè)解決方案的成本、尺寸以及整個(gè)架構(gòu)的效率。如果沒(méi)有LTpowerPlanner這樣的規(guī)劃工具，將很難權(quán)衡這些考量因素。

圖3.在LTpowerCAD中的“System Design”下?？梢哉业絃TpowerPlanner。

LTpowerPlanner可用作創(chuàng)建電源架構(gòu)的獨(dú)立工具（參見(jiàn)圖3）。LTpowerCAD中提供這款工具，也可從ADI網(wǎng)站免費(fèi)下載。點(diǎn)擊藍(lán)色字段“ System Design ”，即可訪(fǎng)問(wèn)LTpowerPlanner。

LTpowerPlanner工具旨在清晰地簡(jiǎn)要展示不同的電源架構(gòu)。此外，內(nèi)置的計(jì)算功能可用于確定哪種架構(gòu)具有效率上的優(yōu)勢(shì)。

結(jié)論

具體來(lái)說(shuō)，在電源管理工具鏈中，首要工作正是優(yōu)化電源管理架構(gòu)。ADI的LTpowerPlanner是一個(gè)有用的工具，可用于繪制采用不同配置的電源樹(shù)，并進(jìn)行比較。這款工具還包含效率計(jì)算功能，可提供有關(guān)每種可能架構(gòu)的寶貴信息，以便于快速選擇合適的架構(gòu)。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車(chē)和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對(duì)氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬(wàn)物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過(guò)90億美元，全球員工約2.4萬(wàn)人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。

作者簡(jiǎn)介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專(zhuān)家。他曾就讀于德國(guó)埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專(zhuān)業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師，幫助客戶(hù)在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國(guó)亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線(xiàn)和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識(shí)，目前擔(dān)任電源管理專(zhuān)家。Frederik在ADI的德國(guó)慕尼黑分公司工作。