一種系統級電源架構設計工具

現代電子系統的復雜度日益提高。在一塊系統板上，可能有大量電源軌和電源解決方案為很多不同的負載供電。在選擇或設計每個(gè)單獨的電源之前，系統硬件工程師首先需要了解系統的電源需求，然后設計相應的系統電源樹(shù)，以?xún)?yōu)化電源管理系統的效率、尺寸和成本。由于系統太復雜，有時(shí)系統級電源優(yōu)化并非一項微不足道的任務(wù)。簡(jiǎn)便易用的系統級設計工具可滿(mǎn)足這種需求。

什么是 LTpowerPlanner 工具?

LTpowerPlanner 程序是一種系統級電源樹(shù)設計工具，幫助系統設計師規劃、設計和優(yōu)化電源管理系統。該程序提供一個(gè)簡(jiǎn)便易用的圖形用戶(hù)界面 (GUI)，極大地簡(jiǎn)化了系統級設計任務(wù)。

LTpowerPlanner 工具幫助用戶(hù)：

● 繪制 “電源樹(shù)” 型系統方框圖 ● 計算 / 估計系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率和電路板尺寸 ● 比較不同的電源架構，實(shí)現系統級優(yōu)化 ● 與 LTpowerCAD 電源設計工具和 LTspice 電路仿真工具連接 ● 簡(jiǎn)便地記錄和顯示系統級解決方案

LTpowerPlanner 設計工具是 LTpowerCAD 設計工具程序的組成部分。要打開(kāi) LTpowerPlanner 工具，用戶(hù)可以點(diǎn)擊 LTpowerCAD 主頁(yè)上的 “System Design (系統設計)” 圖標，如圖 1 所示。LTpowerCAD 程序是一款離線(xiàn)程序，在 Windows PC 上運行。

圖 1：點(diǎn)擊 “System Design” 圖標，打開(kāi) LTpowerPlanner 工具

LTpowerPlanner 的三個(gè)基本設計步驟

下面是開(kāi)始使用 LTpowerPlanner 設計工具的三個(gè)基本步驟。

步驟 1：繪制系統電源樹(shù)

圖 2 給出了一個(gè)用 LTpowerPlanner 工具繪制一個(gè)簡(jiǎn)單的系統電源樹(shù)之例子。在電源樹(shù)中有 3 種關(guān)鍵組件：輸入電源、電源轉換器和負載設備。電源組件僅有輸出端子，負載組件僅有輸入端子。至于每個(gè)轉換器組件，左側端子是電源輸入端子，右側端子是電源輸出端子。轉換器組件可能有多個(gè)輸出軌，以構成多通道電源。類(lèi)似地，負載組件有多個(gè)輸入軌端子。

圖 2：繪制系統電源樹(shù)

用戶(hù)可以先放置這些組件，然后用電源線(xiàn)從左到右連接這些組件，從左到右是缺省的電流 / 功率流動(dòng)方向。

步驟 2：更新組件參數

用戶(hù)可雙擊每個(gè)組件以更新其在 “Properties (屬性)” 窗口中的關(guān)鍵電源參數，例如輸入電壓范圍、輸出電壓、最大負載電流等。用戶(hù)還可以為每個(gè)電源轉換器組件輸入預期效率和估計的尺寸，以進(jìn)行系統計算，參見(jiàn)圖 3。

圖 3：更新關(guān)鍵轉換器參數

步驟 3：進(jìn)行系統計算

用戶(hù)完成了電源樹(shù)并更新了所有關(guān)鍵參數后，就可以進(jìn)行系統計算了?；诿總€(gè)組件的輸入參數，程序計算并在屏幕上的 “Summary Report (報告總結)” 中顯示以下數值：系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率以及轉換器的 PC 電路板面積之和。如圖 4 所示，在每個(gè)組件的端子上，也顯示其輸入或輸出電壓和電流。每個(gè)轉換器的效率和功耗在轉換器的下面顯示。每個(gè)負載和電源的功率也會(huì )顯示出來(lái)。這個(gè) GUI 界面可以非常簡(jiǎn)便地向系統工程師顯示大量系統電源樹(shù)的詳細信息。

圖 4：進(jìn)行系統計算

比較電源樹(shù)以實(shí)現系統優(yōu)化

LTpowerPlanner 工具可用來(lái)比較不同的電源架構，以實(shí)現最佳系統解決方案。圖 5 所示的簡(jiǎn)單例子比較了兩個(gè)略有不同的電源樹(shù)選擇 A 和 B。在這個(gè)例子中，LTpowerPlanner 工具顯示，從A 到 B 雖然只有很小的架構改變，但可很快地提高了系統效率。

圖 5：比較兩個(gè)電源系統架構 (A 和 B)

一個(gè) FPGA 電源樹(shù)的例子

LTpowerPlanner 工具可用來(lái)繪制復雜得多的系統。圖 6 給出了一個(gè)例子。在這個(gè)例子中，有多輸出電源轉換器和多輸入負載。電壓相同的多個(gè)輸出端子也可以并聯(lián)，以實(shí)現電流均分。這個(gè)例子中還有電阻性組件，可用來(lái)表示壓降和功耗。請查閱 LTpowerPlanner 用戶(hù)指南，詳細了解該工具的先進(jìn)特性和功能。

圖 6：FPGA 電源樹(shù)例子

將轉換器連接到 LTpowerCAD 電路設計工具或 LTspice 仿真工具

盡管 LTpowerPlanner 程序是一款通用系統工具，但是它允許用戶(hù)將電源轉換器連接到由 LTpowerCAD 電源設計工具和 LTspice 電路仿真工具產(chǎn)生的已有設計和仿真文件上。為了實(shí)現這種連接，在轉換器 “Properties” 窗口中，用戶(hù)需要將轉換器連接到其 PC 磁盤(pán)上的特定文件。建立連接后，用戶(hù)可以通過(guò)點(diǎn)擊相應的 LTpowerPlanner 轉換器圖標，直接打開(kāi)已連接的 LTpowerCAD 設計文件或 LTspice 仿真文件，如圖 7 所示。這一功能為組織一個(gè)電源管理系統的所有設計文件提供了一種便利的系統化方法。

圖 7：連接到已有 LTpowerCAD 和 LTspice 文件

電源樹(shù)解決方案庫

LTpowerPlanner 還有一個(gè)內置的電源樹(shù)解決方案庫，為用戶(hù)提供了很多電源樹(shù)參考設計。如圖 8 所示，通過(guò)點(diǎn)擊 “Solution Library (解決方案庫)” 軟鍵，用戶(hù)可以利用很多面向 FPGA、處理器、數據通信、汽車(chē)系統等應用的已有解決方案。這些已有設計可節省工程師了解和設計類(lèi)似電源管理系統的時(shí)間。此外，用戶(hù)還可以保存他們的設計，建立一個(gè)用戶(hù)解決方案庫以備日后使用。

圖 8：LTpowerPlanner 電源樹(shù)解決方案庫

總結

總之，LTpowerPlanner 設計工具可幫助系統工程師以非常有效和簡(jiǎn)便的方式設計和優(yōu)化電源管理系統?；谟脩?hù)的輸入，該工具計算系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率和物理尺寸。系統設計師可用這個(gè)工具繪制、設計、比較和優(yōu)化電源系統樹(shù)。這個(gè)工具還用來(lái)簡(jiǎn)便地記錄和顯示系統的電源架構。