LTpowerPlanner:一種系統級電源架構設計工具

2020-12-14 EDN電子設計技術

引言

現代電子系統的複雜度日益提高。在一塊系統板上，可能有大量電源軌和電源解決方案為很多不同的負載供電。在選擇或設計每個單獨的電源之前，系統硬體工程師首先需要了解系統的電源需求，然後設計相應的系統電源樹，以優化電源管理系統的效率、尺寸和成本。由於系統太複雜，有時系統級電源優化並非一項微不足道的任務。簡便易用的系統級設計工具可滿足這種需求。Dmoednc

什麼是 LTpowerPlanner 工具?

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

LTpowerPlanner 工具幫助用戶：Dmoednc

● 繪製 「電源樹」 型系統方框圖
● 計算 / 估計系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率和電路板尺寸
● 比較不同的電源架構，實現系統級優化
● 與 LTpowerCAD 電源設計工具和 LTspice 電路仿真工具連接
● 簡便地記錄和顯示系統級解決方案Dmoednc

LTpowerPlanner 設計工具是 LTpowerCAD 設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 (系統設計)」 圖標，如圖 1 所示。LTpowerCAD 程序是一款離線程序，在 Windows PC 上運行。Dmoednc

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圖 1：點擊 「System Design」 圖標，打開 LTpowerPlanner 工具Dmoednc

LTpowerPlanner 的三個基本設計步驟

下面是開始使用 LTpowerPlanner 設計工具的三個基本步驟。Dmoednc

步驟 1：繪製系統電源樹Dmoednc

圖 2 給出了一個用 LTpowerPlanner 工具繪製一個簡單的系統電源樹之例子。在電源樹中有 3 種關鍵組件：輸入電源、電源轉換器和負載設備。電源組件僅有輸出端子，負載組件僅有輸入端子。至於每個轉換器組件，左側端子是電源輸入端子，右側端子是電源輸出端子。轉換器組件可能有多個輸出軌，以構成多通道電源。類似地，負載組件有多個輸入軌端子。Dmoednc

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圖 2：繪製系統電源樹Dmoednc

用戶可以先放置這些組件，然後用電源線從左到右連接這些組件，從左到右是預設的電流 / 功率流動方向。Dmoednc

步驟 2：更新組件參數Dmoednc

用戶可雙擊每個組件以更新其在 「Properties (屬性)」 窗口中的關鍵電源參數，例如輸入電壓範圍、輸出電壓、最大負載電流等。用戶還可以為每個電源轉換器組件輸入預期效率和估計的尺寸，以進行系統計算，參見圖 3。Dmoednc

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圖 3：更新關鍵轉換器參數Dmoednc

步驟 3：進行系統計算Dmoednc

用戶完成了電源樹並更新了所有關鍵參數後，就可以進行系統計算了。基於每個組件的輸入參數，程序計算並在屏幕上的 「Summary Report (報告總結)」 中顯示以下數值：系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率以及轉換器的 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。每個轉換器的效率和功耗在轉換器的下面顯示。每個負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工程師顯示大量系統電源樹的詳細信息。Dmoednc

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圖 4：進行系統計算Dmoednc

比較電源樹以實現系統優化

LTpowerPlanner 工具可用來比較不同的電源架構，以實現最佳系統解決方案。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改變，但可很快地提高了系統效率。Dmoednc

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圖 5：比較兩個電源系統架構 (A 和 B)Dmoednc

一個 FPGA 電源樹的例子

LTpowerPlanner 工具可用來繪製複雜得多的系統。圖 6 給出了一個例子。在這個例子中，有多輸出電源轉換器和多輸入負載。電壓相同的多個輸出端子也可以並聯，以實現電流均分。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。Dmoednc

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圖 6：FPGA 電源樹例子Dmoednc

將轉換器連接到 LTpowerCAD 電路設計工具或 LTspice 仿真工具Dmoednc

儘管 LTpowerPlanner 程序是一款通用系統工具，但是它允許用戶將電源轉換器連接到由 LTpowerCAD 電源設計工具和 LTspice 電路仿真工具產生的已有設計和仿真文件上。為了實現這種連接，在轉換器 「Properties」 窗口中，用戶需要將轉換器連接到其 PC 磁碟上的特定文件。建立連接後，用戶可以通過點擊相應的 LTpowerPlanner 轉換器圖標，直接打開已連接的 LTpowerCAD 設計文件或 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的所有設計文件提供了一種便利的系統化方法。Dmoednc

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圖 7：連接到已有 LTpowerCAD 和 LTspice 文件Dmoednc

電源樹解決方案庫

LTpowerPlanner 還有一個內置的電源樹解決方案庫，為用戶提供了很多電源樹參考設計。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、數據通信、汽車系統等應用的已有解決方案。這些已有設計可節省工程師了解和設計類似電源管理系統的時間。此外，用戶還可以保存他們的設計，建立一個用戶解決方案庫以備日後使用。Dmoednc

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圖 8：LTpowerPlanner 電源樹解決方案庫Dmoednc

總結

總之，LTpowerPlanner 設計工具可幫助系統工程師以非常有效和簡便的方式設計和優化電源管理系統。基於用戶的輸入，該工具計算系統總的輸入功率、輸出功率、功耗、效率和物理尺寸。系統設計師可用這個工具繪製、設計、比較和優化電源系統樹。這個工具還用來簡便地記錄和顯示系統的電源架構。Dmoednc

（作者：應用工程經理 Henry Zhang, 應用工程師 Tim Kozono，凌力爾特公司）Dmoednc

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