固態(tài)硬盤(pán)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(shí)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(wù)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(kāi)銷(xiāo)是一個(gè)大問(wèn)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(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現最小解決方案尺寸或者最高效率。如果以最高開(kāi)關(guān)頻率工作(同第二個(gè)例子一樣)，解決方案尺寸絕對的最小。但是，功率級的開(kāi)關(guān)損耗會(huì )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(shí)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(shí)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(diǎn)和缺點(diǎn)。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(shí)。但是，當負載減小時(shí)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(jīng)過(guò)優(yōu)化后，可以實(shí)現最高性能的SSD系統。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(shí)間更短、電壓更低。這讓主機ASIC可以在沒(méi)有SMPS輸出電壓的情況下更快地啟動(dòng)SSD，并且更加迅速地對其進(jìn)行讀寫(xiě)操作，從而留出調整窗口，觸發(fā)系統重置。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系統的其它元件留出最大的面積，可帶來(lái)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(shí)現比全功能解決方案更高的效率，同時(shí)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(shí)，電阻損耗(電感DCR和MOSFET Rds-on)超過(guò)了頻率依賴(lài)型損耗。因此，隨著(zhù)負載增加，低開(kāi)關(guān)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(shí)，最高效率解決方案的效率在整個(gè)負載范圍都超過(guò)了全功能解決方案的效率。同第三個(gè)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(gè)終極挑戰是為不同容量的SSD設計電源，其要求電流大小隨容量變化而不同。如果某個(gè)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(guò)高。不同容量的SSD需要使用一種可調型電源，從而實(shí)現設計重用，并降低全新SMPS設計相關(guān)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(shí)現針腳對針腳的兼容。在設計更小容量的SSD時(shí)，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(shí)，固態(tài)硬盤(pán)系統設計師需要謹慎考慮其設計目標。SSD是否會(huì )被用于高度穩定、對電磁干擾敏感的環(huán)境(例如：醫院等)?是否需要SSD完全匹配機械硬盤(pán)的體積因數和尺寸，從而達到直接替換掉機械硬盤(pán)的目的?SSD是否會(huì )被用于服務(wù)器機房，并且那里的電價(jià)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(lèi)型的優(yōu)化版SSD電源解決方案之間進(jìn)行平衡與折中。在考慮到這些設計目標之后，最佳的開(kāi)關(guān)式電源可使固態(tài)硬盤(pán)獲得最高的性能，并滿(mǎn)足許多應用的需求。