LTpowerPlanner：一種系統(tǒng)級電源架構(gòu)設(shè)計工具

引言

現(xiàn)代電子系統(tǒng)的復(fù)雜度日益提高。在一塊系統(tǒng)板上，可能有大量電源軌和電源解決方案為很多不同的負(fù)載供電。在選擇或設(shè)計每個單獨的電源之前，系統(tǒng)硬件工程師首先需要了解系統(tǒng)的電源需求，然后設(shè)計相應(yīng)的系統(tǒng)電源樹，以優(yōu)化電源管理系統(tǒng)的效率、尺寸和成本。由于系統(tǒng)太復(fù)雜，有時系統(tǒng)級電源優(yōu)化并非一項微不足道的任務(wù)。簡便易用的系統(tǒng)級設(shè)計工具可滿足這種需求。

什么是 LTpowerPlanner 工具?

LTpowerPlanner 程序是一種系統(tǒng)級電源樹設(shè)計工具，幫助系統(tǒng)設(shè)計師規(guī)劃、設(shè)計和優(yōu)化電源管理系統(tǒng)。該程序提供一個簡便易用的圖形用戶界面 (GUI)，極大地簡化了系統(tǒng)級設(shè)計任務(wù)。

LTpowerPlanner 工具幫助用戶：

● 繪制 “電源樹” 型系統(tǒng)方框圖
● 計算 / 估計系統(tǒng)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(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)級優(yōu)化
● 與 LTpowerCAD 電源設(shè)計工具和 LTspice 電路仿真工具連接
● 簡便地記錄和顯示系統(tǒng)級解決方案

LTpowerPlanner 設(shè)計工具是 LTpowerCAD 設(shè)計工具程序的組成部分。要打開 LTpowerPlanner 工具，用戶可以點擊 LTpowerCAD 主頁上的 “System Design (系統(tǒng)設(shè)計)” 圖標(biāo)，如圖 1 所示。LTpowerCAD 程序是一款離線程序，在 Windows PC 上運行。

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圖 1：點擊 “System Design” 圖標(biāo)，打開 LTpowerPlanner 工具

LTpowerPlanner 的三個基本設(shè)計步驟

下面是開始使用 LTpowerPlanner 設(shè)計工具的三個基本步驟。

步驟 1：繪制系統(tǒng)電源樹

圖 2 給出了一個用 LTpowerPlanner 工具繪制一個簡單的系統(tǒng)電源樹之例子。在電源樹中有 3 種關(guān)鍵組件：輸入電源、電源轉(zhuǎn)換器和負(fù)載設(shè)備。電源組件僅有輸出端子，負(fù)載組件僅有輸入端子。至于每個轉(zhuǎn)換器組件，左側(cè)端子是電源輸入端子，右側(cè)端子是電源輸出端子。轉(zhuǎn)換器組件可能有多個輸出軌，以構(gòu)成多通道電源。類似地，負(fù)載組件有多個輸入軌端子。

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圖 2：繪制系統(tǒng)電源樹

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

步驟 2：更新組件參數(shù)

用戶可雙擊每個組件以更新其在 “Properties (屬性)” 窗口中的關(guān)鍵電源參數(shù)，例如輸入電壓范圍、輸出電壓、最大負(fù)載電流等。用戶還可以為每個電源轉(zhuǎn)換器組件輸入預(yù)期效率和估計的尺寸，以進行系統(tǒng)計算，參見圖 3。

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圖 3：更新關(guān)鍵轉(zhuǎn)換器參數(shù)

步驟 3：進行系統(tǒng)計算

用戶完成了電源樹并更新了所有關(guān)鍵參數(shù)后，就可以進行系統(tǒng)計算了。基于每個組件的輸入?yún)?shù)，程序計算并在屏幕上的 “Summary Report (報告總結(jié))” 中顯示以下數(shù)值：系統(tǒng)總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率以及轉(zhuǎn)換器的 PC 電路板面積之和。如圖 4 所示，在每個組件的端子上，也顯示其輸入或輸出電壓和電流。每個轉(zhuǎn)換器的效率和功耗在轉(zhuǎn)換器的下面顯示。每個負(fù)載和電源的功率也會顯示出來。這個 GUI 界面可以非常簡便地向系統(tǒng)工程師顯示大量系統(tǒng)電源樹的詳細信息。

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圖 4：進行系統(tǒng)計算

比較電源樹以實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化

LTpowerPlanner 工具可用來比較不同的電源架構(gòu)，以實現(xiàn)最佳系統(tǒng)解決方案。圖 5 所示的簡單例子比較了兩個略有不同的電源樹選擇 A 和 B。在這個例子中，LTpowerPlanner 工具顯示，從A 到 B 雖然只有很小的架構(gòu)改變，但可很快地提高了系統(tǒng)效率。

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圖 5：比較兩個電源系統(tǒng)架構(gòu) (A 和 B)

一個 FPGA 電源樹的例子

LTpowerPlanner 工具可用來繪制復(fù)雜得多的系統(tǒng)。圖 6 給出了一個例子。在這個例子中，有多輸出電源轉(zhuǎn)換器和多輸入負(fù)載。電壓相同的多個輸出端子也可以并聯(lián)，以實現(xiàn)電流均分。這個例子中還有電阻性組件，可用來表示壓降和功耗。請查閱 LTpowerPlanner 用戶指南，詳細了解該工具的先進特性和功能。

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圖 6：FPGA 電源樹例子

將轉(zhuǎn)換器連接到 LTpowerCAD 電路設(shè)計工具或 LTspice 仿真工具

盡管 LTpowerPlanner 程序是一款通用系統(tǒng)工具，但是它允許用戶將電源轉(zhuǎn)換器連接到由 LTpowerCAD 電源設(shè)計工具和 LTspice 電路仿真工具產(chǎn)生的已有設(shè)計和仿真文件上。為了實現(xiàn)這種連接，在轉(zhuǎn)換器 “Properties” 窗口中，用戶需要將轉(zhuǎn)換器連接到其 PC 磁盤上的特定文件。建立連接后，用戶可以通過點擊相應(yīng)的 LTpowerPlanner 轉(zhuǎn)換器圖標(biāo)，直接打開已連接的 LTpowerCAD 設(shè)計文件或 LTspice 仿真文件，如圖 7 所示。這一功能為組織一個電源管理系統(tǒng)的所有設(shè)計文件提供了一種便利的系統(tǒng)化方法。

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圖 7：連接到已有 LTpowerCAD 和 LTspice 文件

電源樹解決方案庫

LTpowerPlanner 還有一個內(nèi)置的電源樹解決方案庫，為用戶提供了很多電源樹參考設(shè)計。如圖 8 所示，通過點擊 “Solution Library (解決方案庫)” 軟鍵，用戶可以利用很多面向 FPGA、處理器、數(shù)據(jù)通信、汽車系統(tǒng)等應(yīng)用的已有解決方案。這些已有設(shè)計可節(jié)省工程師了解和設(shè)計類似電源管理系統(tǒng)的時間。此外，用戶還可以保存他們的設(shè)計，建立一個用戶解決方案庫以備日后使用。

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圖 8：LTpowerPlanner 電源樹解決方案庫

總結(jié)

總之，LTpowerPlanner 設(shè)計工具可幫助系統(tǒng)工程師以非常有效和簡便的方式設(shè)計和優(yōu)化電源管理系統(tǒng)。基于用戶的輸入，該工具計算系統(tǒng)總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率和物理尺寸。系統(tǒng)設(shè)計師可用這個工具繪制、設(shè)計、比較和優(yōu)化電源系統(tǒng)樹。這個工具還用來簡便地記錄和顯示系統(tǒng)的電源架構(gòu)。