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实话实说电源设计

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

最近,我遇见了一个老朋友,他是一位很有经验的模拟电路工程师,从事高可靠服务器用电源子系统的设计工作。他说,他设计的宽度为 19 英寸的典型机架安装电路板要消耗 100A 的电流。我对此一点也不感到惊讶。我们都知道,今天的处理器耗电很大,因为芯片上有几百万个有源器件,其耗电累加起来也就不得了。

  但我的朋友又披露了另一个统计数字:他设计的典型电路板上有约 30 个独立的电源网络。每个电源网络都有不同的标称电源电压、精度以及调整率;在有些情况下,这些标称电压只相差十分之几伏。再则,每个电源网需要有自己的稳压器以及一系列去耦电容器,以便控制从近乎直流直至几百千赫带宽内的旁路阻抗。设计师必须分析并实现每个电源网络的供电与返回路径,以及大量的 PCB 板走线。在最终设计中,直流电源子系统的走线与电容器要占去电路板面积的一大部分。设计师必须精心建立所有这些因素的模型,以确保电流路径得当,以及 IR 压降很小。在达到这些电流电平时,这可不是件简单的工作。

  然而,高质量电源子系统与其配电系统之间却存在一个难题。尽管供电在任何系统中都是一种不可或缺的功能,但它却无法获得用户的直接赞赏或认同。用户需要的是额外的特性、功能和性能;供电被看作设计中固有的部分。增加特性有利于营销宣传,并获得更多的利润,而电源网络的元件成本和占板面积却没有这些好处。事实上,有些人会把电源子系统占用的电路板面积看作没有意义的负担,就像财务部门或邮件收发室一样。

  我希望,你作为系统设计师或电路设计师能对物料清单上的元器件的选择产生重大影响。我的这位朋友指出,为最大限度地减小电源网络的负担,你可以做几件基本工作。首先,要帮助电源子系统设计师开发设计一组基本的稳压器(可以使用线性稳压或开关稳压技术),这样,你就可以在电路板上重用这些设计。为了使这项工作有价值,你还应该根据每一个标称电压来平衡电流负载,使之处于同一范围内,因为你找不到一种经济实惠设计能支持 10mA 和 1A 两种负载。

  其次,你还必须律已。面对浩瀚的 IC 世界,切忌贪婪心态。要选择那些共同使用标称电压较少的元件。要努力寻找符合数据表规格的部件,尽管其电源调整率为5%,因为更严格的规格会限制电源的灵活性。要使用标准的多输出电源的电压组合(最好来自多个厂家),这样就可以成对地选择不同的输出电流和调整率,以支持多个 IC,而不是仅仅支持一两个 IC。

  你要在两个方面进行权衡:一方面是你想选用最合适的 IC,另一方面你在了解其独特的电源要求时电源网络设计的影响后想获得所需的特点与功能。换句话说,你要做工程师们经常做的折衷工作(这些工作有时一目了然,但一般都难以定夺):权衡优缺点,对折衷方案作出评判,努力达到能满足市场要求的功率、价格和性能最佳点。

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