多重负载电源系统的设计简介

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法体积、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法。

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法。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法。

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

Footprint方法大小

BOMCost物料清单成本

Efficiency效率

系统级设计

假如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新增。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。此示例要多重电源解决方法。

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，设计师要确定所需的架构，包括是否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法大小：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，设计师要优化电源以减小方法大小、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法图表，其中包括大量要考虑的选项。