引言

现代电子系统的复杂度日益提高。在一块系统板上,可能有大量电源轨和电源解决方案为很多不同的负载供电。在选择或设计每个单独的电源之前,系统硬件工程师首先需要了解系统的电源需求,然后设计相应的系统电源树,以优化电源管理系统的效率、尺寸和成本。由于系统太复杂,有时系统级电源优化并非一项微不足道的任务。简便易用的系统级设计工具可满足这种需求。

什么是 LTpowerPlanner 工具?

LTpowerPlanner 程序是一种系统级电源树设计工具,帮助系统设计师规划、设计和优化电源管理系统。该程序提供一个简便易用的图形用户界面 (GUI),极大地简化了系统级设计任务。

LTpowerPlanner 工具帮助用户:

● 绘制 “电源树” 型系统方框图 ● 计算 / 估计系统总的输入功率、输出功率、功耗、效率和电路板尺寸 ● 比较不同的电源架构,实现系统级优化 ● 与 LTpowerCAD 电源设计工具和 LTspice 电路仿真工具连接 ● 简便地记录和显示系统级解决方案

LTpowerPlanner 设计工具是 LTpowerCAD 设计工具程序的组成部分。要打开 LTpowerPlanner 工具,用户可以点击 LTpowerCAD 主页上的 “System Design (系统设计)” 图标,如图 1 所示。LTpowerCAD 程序是一款离线程序,在 Windows PC 上运行。

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图 1:点击 “System Design” 图标,打开 LTpowerPlanner 工具

LTpowerPlanner 的三个基本设计步骤

下面是开始使用 LTpowerPlanner 设计工具的三个基本步骤。

步骤 1:绘制系统电源树

图 2 给出了一个用 LTpowerPlanner 工具绘制一个简单的系统电源树之例子。在电源树中有 3 种关键组件:输入电源、电源转换器和负载设备。电源组件仅有输出端子,负载组件仅有输入端子。至于每个转换器组件,左侧端子是电源输入端子,右侧端子是电源输出端子。转换器组件可能有多个输出轨,以构成多通道电源。类似地,负载组件有多个输入轨端子。

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图 2:绘制系统电源树

用户可以先放置这些组件,然后用电源线从左到右连接这些组件,从左到右是缺省的电流 / 功率流动方向。

步骤 2:更新组件参数

用户可双击每个组件以更新其在 “Properties (属性)” 窗口中的关键电源参数,例如输入电压范围、输出电压、最大负载电流等。用户还可以为每个电源转换器组件输入预期效率和估计的尺寸,以进行系统计算,参见图 3。

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图 3:更新关键转换器参数

步骤 3:进行系统计算

用户完成了电源树并更新了所有关键参数后,就可以进行系统计算了。基于每个组件的输入参数,程序计算并在屏幕上的 “Summary Report (报告总结)” 中显示以下数值:系统总的输入功率、输出功率、功耗、效率以及转换器的 PC 电路板面积之和。如图 4 所示,在每个组件的端子上,也显示其输入或输出电压和电流。每个转换器的效率和功耗在转换器的下面显示。每个负载和电源的功率也会显示出来。这个 GUI 界面可以非常简便地向系统工程师显示大量系统电源树的详细信息。

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图 4:进行系统计算

比较电源树以实现系统优化

LTpowerPlanner 工具可用来比较不同的电源架构,以实现最佳系统解决方案。图 5 所示的简单例子比较了两个略有不同的电源树选择 A 和 B。在这个例子中,LTpowerPlanner 工具显示,从A 到 B 虽然只有很小的架构改变,但可很快地提高了系统效率。

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图 5:比较两个电源系统架构 (A 和 B)

一个 FPGA 电源树的例子

LTpowerPlanner 工具可用来绘制复杂得多的系统。图 6 给出了一个例子。在这个例子中,有多输出电源转换器和多输入负载。电压相同的多个输出端子也可以并联,以实现电流均分。这个例子中还有电阻性组件,可用来表示压降和功耗。请查阅 LTpowerPlanner 用户指南,详细了解该工具的先进特性和功能。

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图 6:FPGA 电源树例子

将转换器连接到 LTpowerCAD 电路设计工具或 LTspice 仿真工具

尽管 LTpowerPlanner 程序是一款通用系统工具,但是它允许用户将电源转换器连接到由 LTpowerCAD 电源设计工具和 LTspice 电路仿真工具产生的已有设计和仿真文件上。为了实现这种连接,在转换器 “Properties” 窗口中,用户需要将转换器连接到其 PC 磁盘上的特定文件。建立连接后,用户可以通过点击相应的 LTpowerPlanner 转换器图标,直接打开已连接的 LTpowerCAD 设计文件或 LTspice 仿真文件,如图 7 所示。这一功能为组织一个电源管理系统的所有设计文件提供了一种便利的系统化方法。

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图 7:连接到已有 LTpowerCAD 和 LTspice 文件

电源树解决方案库

LTpowerPlanner 还有一个内置的电源树解决方案库,为用户提供了很多电源树参考设计。如图 8 所示,通过点击 “Solution Library (解决方案库)” 软键,用户可以利用很多面向 FPGA、处理器、数据通信、汽车系统等应用的已有解决方案。这些已有设计可节省工程师了解和设计类似电源管理系统的时间。此外,用户还可以保存他们的设计,建立一个用户解决方案库以备日后使用。

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图 8:LTpowerPlanner 电源树解决方案库

总结

总之,LTpowerPlanner 设计工具可帮助系统工程师以非常有效和简便的方式设计和优化电源管理系统。基于用户的输入,该工具计算系统总的输入功率、输出功率、功耗、效率和物理尺寸。系统设计师可用这个工具绘制、设计、比较和优化电源系统树。这个工具还用来简便地记录和显示系统的电源架构。

(作者:应用工程经理 Henry Zhang, 应用工程师 Tim Kozono,凌力尔特公司)

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