LTpowerPlanner：一種系統(tǒng)級(jí)電源架構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)每個(gè)單獨(dú)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(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)電源樹(shù)，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(shí)系統(tǒng)級(jí)電源優(yōu)化并非一項(xiàng)微不足道的任務(wù)。簡(jiǎn)便易用的系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)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(jí)電源樹(shù)設(shè)計(jì)工具，幫助系統(tǒng)設(shè)計(jì)師規(guī)劃、設(shè)計(jì)和優(yōu)化電源管理系統(tǒng)。該程序提供一個(gè)簡(jiǎn)便易用的圖形用戶界面 (GUI)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)任務(wù)。

LTpowerPlanner 工具幫助用戶：

● 繪制 “電源樹(shù)” 型系統(tǒng)方框圖

● 計(jì)算 / 估計(jì)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)優(yōu)化

● 與 LTpowerCAD 電源設(shè)計(jì)工具和 LTspice 電路仿真工具連接

● 簡(jiǎn)便地記錄和顯示系統(tǒng)級(jí)解決方案

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

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

LTpowerPlanner 的三個(gè)基本設(shè)計(jì)步驟

下面是開(kāi)始使用 LTpowerPlanner 設(shè)計(jì)工具的三個(gè)基本步驟。

步驟 1：繪制系統(tǒng)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(tǒng)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(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(gè)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(gè)輸出軌，以構(gòu)成多通道電源。類似地，負(fù)載組件有多個(gè)輸入軌端子。

圖 2：繪制系統(tǒng)電源樹(shù)

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(dòng)方向。

步驟 2：更新組件參數(shù)

用戶可雙擊每個(gè)組件以更新其在 “Properties (屬性)” 窗口中的關(guān)鍵電源參數(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(gè)電源轉(zhuǎn)換器組件輸入預(yù)期效率和估計(jì)的尺寸，以進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算，參見(jiàn)圖 3。

圖 3：更新關(guān)鍵轉(zhuǎn)換器參數(shù)

步驟 3：進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算

用戶完成了電源樹(shù)并更新了所有關(guān)鍵參數(shù)后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算了。基于每個(gè)組件的輸入?yún)?shù)，程序計(jì)算并在屏幕上的 “Summary Report (報(bào)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(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(zhuǎn)換器的效率和功耗在轉(zhuǎn)換器的下面顯示。每個(gè)負(fù)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(tǒng)工程師顯示大量系統(tǒng)電源樹(shù)的詳細(xì)信息。

圖 4：進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算

比較電源樹(shù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化

LTpowerPlanner 工具可用來(lái)比較不同的電源架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)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(gòu)改變，但可很快地提高了系統(tǒng)效率。

圖 5：比較兩個(gè)電源系統(tǒng)架構(gòu) (A 和 B)

一個(gè) FPGA 電源樹(shù)的例子

LTpowerPlanner 工具可用來(lái)繪制復(fù)雜得多的系統(tǒng)。圖 6 給出了一個(gè)例子。在這個(gè)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(gè)輸出端子也可以并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)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(qǐng)查閱 LTpowerPlanner 用戶指南，詳細(xì)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(zhuǎn)換器連接到 LTpowerCAD 電路設(shè)計(jì)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(jì)工具和 LTspice 電路仿真工具產(chǎn)生的已有設(shè)計(jì)和仿真文件上。為了實(shí)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(guò)點(diǎn)擊相應(yīng)的 LTpowerPlanner 轉(zhuǎn)換器圖標(biāo)，直接打開(kāi)已連接的 LTpowerCAD 設(shè)計(jì)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(tǒng)的所有設(shè)計(jì)文件提供了一種便利的系統(tǒng)化方法。

圖 7：連接到已有 LTpowerCAD 和 LTspice 文件

電源樹(shù)解決方案庫(kù)

LTpowerPlanner 還有一個(gè)內(nèi)置的電源樹(shù)解決方案庫(kù)，為用戶提供了很多電源樹(shù)參考設(shè)計(jì)。如圖 8 所示，通過(guò)點(diǎn)擊 “Solution Library (解決方案庫(kù))” 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(jì)可節(jié)省工程師了解和設(shè)計(jì)類似電源管理系統(tǒng)的時(shí)間。此外，用戶還可以保存他們的設(shè)計(jì)，建立一個(gè)用戶解決方案庫(kù)以備日后使用。

圖 8：LTpowerPlanner 電源樹(shù)解決方案庫(kù)

總結(jié)

總之，LTpowerPlanner 設(shè)計(jì)工具可幫助系統(tǒng)工程師以非常有效和簡(jiǎn)便的方式設(shè)計(jì)和優(yōu)化電源管理系統(tǒng)。基于用戶的輸入，該工具計(jì)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(jì)師可用這個(gè)工具繪制、設(shè)計(jì)、比較和優(yōu)化電源系統(tǒng)樹(shù)。這個(gè)工具還用來(lái)簡(jiǎn)便地記錄和顯示系統(tǒng)的電源架構(gòu)。