優先考慮電源架構的優化

作者：ADI 電源管理專家 Frederik Dostal

摘要

相較於計算和模擬工具，電源架構的設計工具並未得到廣泛使用。然而，這些工具在電路電源系統的開發過程中產生非常重要的作用。作為電源開發流程的初始環節，這些工具為創建卓越的電源架構奠定了基礎。

引言

有多種工具可用於開發電源，為開發人員減輕繁瑣工作的負擔。ADI推出的知名模擬工具 LTspice^®便是其中之一。此款工具可對電源轉換電路進行模擬，而且能夠模擬不同的電壓和電流波形，以完善電路設計，使其更貼合特定要求。

此外，還有LTpowerCAD^®等計算工具可供使用。與LTspice不同的是，LTpowerCAD用於計算，而不是模擬。此款工具可考慮多個規格參數，例如輸入電壓範圍、輸出電壓、負載電流、輸出電壓漣波等，以便計算和優化電路，進而選擇合適的電源轉換器IC，並提供外部被動元件的建議。因此，在使用LTspice進行電路模擬前，通常可使用LTpowerCAD等工具進行計算和優化。

電源開發的另一個關鍵點是定義電源架構或創建電源樹。完整的系統電源通常需要多個電源轉換器，而且往往需要多個不同的電壓。為此，有多種方法可達到目的，例如，可以使用電源架構工具（例如ADI的LTpowerPlanner®）來計算並清楚表示架構之間的差異。

圖1顯示了LTpowerPlanner的介面，其中顯示了使用24 V輸入的電源架構。在此基礎上，可以生成多個電源電壓和電流。不同模組可輕鬆增加，並透過連接線路進行關聯。點擊其中一個模組可定義相應電源轉換的效率。完成這些輸入後，LTpowerPlanner可以對完整的電源轉換架構進行整體計算。圖1所示架構的總體效率為91.6%。

藉由LTpowerPlanner等架構工具，用戶可以比較不同的電源轉換架構。圖2所示的解決方案與圖1規格相同，但結構不同。現在，可以將第二個解決方案與第一個解決方案進行比較。這裡使用線性穩壓器(LDO)從2.8 V電源軌生成1.2 V電源軌。此類採用線性穩壓器的解決方案比圖1中的轉換器4更加經濟高效。

圖2中解決方案的另一個變化，在於3.3 V電壓不是直接從24 V產生，而是使用轉換器2從5 V直流鏈路電壓產生。

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

在決定哪個架構最好時，可以比較各個解決方案的成本、尺寸以及整個架構的效率。如果沒有LTpowerPlanner如此的規劃工具，將很難權衡這些考量因素。

LTpowerPlanner可用於創建電源架構的獨立工具（參見圖3）。LTpowerCAD中提供此款工具，也可從ADI網站免費下載。點擊藍色欄位“System Design”，即可存取LTpowerPlanner。

LTpowerPlanner工具目的在清晰地簡要展示不同的電源架構。此外，內建的計算功能可用於確定哪種架構具有效率上的優勢。

結論

具體來說，在電源管理工具鏈中，首要工作正是優化電源管理架構。ADI 的 LTpowerPlanner是一個實用的工具，可用於繪製採用不同配置的電源樹並進行比較。此款工具還包含效率計算功能，可提供有關每種可能架構的寶貴資訊，以便於快速選擇合適的架構。