在电源开发领域,电源架构的设计与优化至关重要。然而,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。实际上,这些工具在电路电源系统的开发过程中起着举足轻重的作用,作为电源开发流程的初始环节,它们为创建出色的电源架构奠定了基础。
ADI 公司为电源开发提供了丰富的工具。其中,的仿真工具 LTspice? 可对电源转换电路进行仿真,它能够模拟不同的电压和电流波形,有助于完善电路设计,使其更贴合特定要求。例如,在设计一个复杂的电源转换电路时,通过 LTspice 可以模拟出各种情况下的电压和电流变化,从而提前发现潜在的问题并进行优化。
此外,还有 LTpowerCAD? 等计算工具。与 LTspice 不同,LTpowerCAD 主要用于计算而非仿真。它可以考虑多个规格参数,如输入电压范围、输出电压、负载电流、输出电压纹波等,通过这些参数计算和优化电路,进而选择合适的 IC,并给出外部无源元件的建议。通常在使用 LTspice 进行电路仿真前,可先使用 LTpowerCAD 等工具进行计算和优化,这样能提高设计效率和准确性。
电源开发的另一个关键要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,且往往需要多个不同的电压。为了实现这一目标,有多种方法可供选择。ADI 的 LTpowerPlanner ? 就是一款强大的电源架构工具,它可以计算并清晰表示架构之间的差异。

图 1. 使用 LTpowerPlanner 创建的电源架构
图 1 展示了使用 LTpowerPlanner 创建的电源架构,该架构以 24 V 输入为基础,可生成多个电源电压和电流。用户可以轻松添加不同模块,并通过路进行关联。点击其中一个模块,还能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。如图 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。在图 2 中,使用线性 (LDO) 从 2.8 V 电源轨生成 1.2 V 电源轨,这种采用的解决方案比图 1 中的转换器 4 更加经济高效。同时,图 2 中 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 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%。
在决定哪个架构时,需要综合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 既可用作创建电源架构的独立工具,也可在 LTpowerCAD 中找到,还能从 ADI 网站。用户点击蓝色字段 “System Design”,即可访问 LTpowerPlanner。该工具旨在清晰简要地展示不同的电源架构,其内置的计算功能可用于确定哪种架构具有效率上的优势。