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何时电源模块是正确的选择?

Felix Martinez?? Intersil公司应用工程经理?? 2015年01月20日 ?? 收藏1
和我一样,也许你常常会发现自己面临相当紧张的项目最后期限要求。举例来说,你的经理刚给你布置了为一个新电信系统设计电源的任务。设计从在FPGA上实现的概念证明开始,现在到了必须创造电源的时候。一个隔离式电源模块提供12V电源,为先进的ASIC、微控制器、FPGA和各种其他元件供电。一如既往,这些元件实际上充满了电路板的空间,提供充分的电力、稳定性、热性能、低噪声及可靠性需要挑战物理定律。而你只有一个星期时间来创造这个电源。(叹息)没错,就是这样,好戏开场了!

由于ASIC、微控制器和FPGA的大电流要求,你可以使用基于分立元件的电源(一种分立和集成式的组合)或基于模块的解决方案。当解决方案规格和外形固定时,成本、设计工作量和性能之间的权衡是必须考虑的条件。不过,当FPGA和微码选项仍然未知并在最后一刻前有可能变化时,时间就成为关键因素,有可能出现不可预见的开发延迟。

在使用分立元件来设计你的电源时,当你思考需要考虑的所有元件,你就会很快意识到电源模块能够提供的价值。在分立方案下,挑选合适的PWM控制器、FET、电感器、补偿方案和其他支持元件都需要时间,从而使设计周期变长。

图1. 分立电源框图
图1. 分立电源框图

此外,对电路板进行合理布局需要的时间,以及所涉及的持续元件采购成本和时间都是电源模块能够为设计你的电源解决方案带来显著优点的所有重要原因。

由于系统设计要求、电路板空间紧张和你的概念本质,你决定项目应当采用基于模块的解决方案。电源模块可提供完全集成的DC/DC稳压器。这意味着控制器、FET、电感器和补偿电路全都包含在单个封装之内。模块可以是模拟式、带数字包封的模拟式或纯数字式。

图2. 电源模块实现。
图2. 电源模块实现。

对于你的设计,你决定选择ISL8270M数字DC/DC电源模块。该模块可提供25A连续输出电流,无需风扇或散热器。热增强的高密度阵列(HAD)模块能够将热直接消散在电路板中。模块的ChargeMode数字控制可响应单个开关周期内的瞬态负载,无需补偿。另外它还能够最小化输出电容,以增加设计的密度。像ChargeMode这样的功能可让设计始终保持稳定,无论温度或输出电容及负载如何变化。

图3. ISL8270M是完整的数字开关模式电源。通过添加输入/输出电容器来完成设计。
图3. ISL8270M是完整的数字开关模式电源。通过添加输入/输出电容器来完成设计。

引脚设置(Pin strap)模式允许对预编程配置进行快速变更。对于该电源模块,使用名为PowerNavigator的图形用户界面(GUI)设计工具来简化设置和配置。该工具使变更数字电源设计的特性和功能变得容易,无需编写一行代码,从而确保设计能在一星期的最后期限之前完成!

设计的概念证明对电源设计工程师始终是个挑战,没有坚强的神经是不成的。当系统电源发生变化时会出现无休止的障碍,如由于误差和性能改进的电压变化,或者由于误计算和FPGA及微控制器的不断调整的电流变化。对电源设计工程师来说,这些变化意味着进一步的密度和热考虑,但最坏的情况是,这意味着令人畏惧的补偿网络重新计算。使用该数字电源模块的ChargeMode特性,你能抛开你的计算书、计算尺、高档计算器和不再惦记用智能手机寻求技术支持。瞧,电信系统电源设计就这样在不到一周内完工!

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电源模块? 分立电源?

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