优先考虑电源架构的优化

作者：Frederik Dostal，ADI公司

摘要

与计算和仿真工具相比，电源架构的设计工具并未得到广泛使用。然而，这些工具在电路电源系统的开发过程中起到至关重要的作用。作为电源开发流程的初始环节，这些工具为创建出色的电源架构奠定了基础。

引言

有多种工具可用于开发电源，为开发人员减轻繁琐工作的负担。ADI公司推出的知名仿真工具LTspice®便是其中之一。这款工具可对电源转换电路进行仿真，而且能够仿真不同的电压和电流波形，以完善电路设计，使其更贴合特定要求。

此外，还有LTpowerCAD®等计算工具可供使用。与LTspice不同，LTpowerCAD用于计算，而不是仿真。这款工具可考虑多个规格参数，比如输入电压范围、输出电压、负载电流、输出电压纹波等，以便计算和优化电路，从而选择合适的电源转换器IC，并给出外部无源元件的建议。因此，在使用LTspice进行电路仿真前，通常可使用LTpowerCAD等工具进行计算和优化。

电源开发的另一个关键点是定义电源架构或创建电源树。完整的系统电源通常需要多个电源转换器，而且往往需要多个不同的电压。为此，有多种方法可达到目的。可以使用电源架构工具（例如ADI的LTpowerPlanner®）来计算并清楚表示架构之间的差异。

图1.使用LTpowerPlanner创建的电源架构。

图1显示了LTpowerPlanner的界面，其中显示了使用24 V输入的电源架构。在此基础上，可以生成多个电源电压和电流。不同模块可轻松添加，并通过连接线路进行关联。点击其中一个模块可定义相应电源转换的效率。完成这些输入后，LTpowerPlanner可以对完整的电源转换架构进行整体计算。图1所示架构的总体效率为91.6%。

图2.另一种电源架构。

借助LTpowerPlanner等架构工具，用户可以比较不同的电源转换架构。图2所示的解决方案与图1规格相同，但结构不同。现在，可以将第二个解决方案与第一个解决方案进行比较。这里使用线性稳压器(LDO)，从2.8 V电源轨生成1.2 V电源轨。此类采用线性稳压器的解决方案比图1中的转换器4更加经济高效。

图2中解决方案的另一个变化在于，3.3 V电压不是直接从24 V产生的，而是使用转换器2从5 V直流链路电压产生的。

图1和图2不仅显示了架构，还显示了计算得出的效率。图2所示架构的总体效率仅为86.3%，比图1中的解决方案低5.3%。

在决定哪个架构最好时，可以比较各个解决方案的成本、尺寸以及整个架构的效率。如果没有LTpowerPlanner这样的规划工具，将很难权衡这些考量因素。

图3.在LTpowerCAD中的“System Design”下。可以找到LTpowerPlanner。

LTpowerPlanner可用作创建电源架构的独立工具（参见图3）。LTpowerCAD中提供这款工具，也可从ADI网站免费下载。点击蓝色字段“System Design”，即可访问LTpowerPlanner。

LTpowerPlanner工具旨在清晰地简要展示不同的电源架构。此外，内置的计算功能可用于确定哪种架构具有效率上的优势。

结论

具体来说，在电源管理工具链中，首要工作正是优化电源管理架构。ADI的LTpowerPlanner是一个有用的工具，可用于绘制采用不同配置的电源树，并进行比较。这款工具还包含效率计算功能，可提供有关每种可能架构的宝贵信息，以便于快速选择合适的架构。