【導讀】幾乎所有電子係統的運行都離不開可靠的供電方案。對於硬件工程師而言，電源架構規劃
、器件選型
、電(dian)路(lu)優(you)化(hua)等(deng)環(huan)節(jie)往(wang)往(wang)是(shi)罪(zui)耗(hao)費(fei)時(shi)間(jian)精(jing)力(li)的(de)。為(wei)破(po)解(jie)這(zhe)一(yi)痛(tong)點(dian)，業(ye)界(jie)經(jing)過(guo)長(chang)期(qi)技(ji)術(shu)沉(chen)澱(dian)，形(xing)成(cheng)了(le)一(yi)套(tao)覆(fu)蓋(gai)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)全(quan)流(liu)程(cheng)的(de)工(gong)具(ju)體(ti)係(xi)。其(qi)中(zhong)
，ADI公司推出的係列電源工具尤為突出
，這些工具可分為五大類——電源係統設計工具
、電源計算工具、數字電源配置工具、電路仿真工具及硬件評估工具，各模塊協同發力，為工程師打造了高效便捷的設計路徑。

電源係統設計工具

係統設計工具幫助設計係統的電源架構。大多數電子係統需要不止一個電源
，通常需要五個或更多不同電源。借助ADI公司的LTpowerPlanner®工(gong)具(ju)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)繪(hui)製(zhi)出(chu)電(dian)路(lu)中(zhong)所(suo)有(you)不(bu)同(tong)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)步(bu)驟(zhou)的(de)簡(jian)單(dan)框(kuang)圖(tu)。這(zhe)些(xie)步(bu)驟(zhou)可(ke)以(yi)在(zai)易(yi)於(yu)使(shi)用(yong)的(de)圖(tu)形(xing)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)中(zhong)進(jin)行(xing)修(xiu)改(gai)。每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)都(dou)可(ke)以(yi)設(she)置(zhi)預(yu)期(qi)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)，用(yong)戶(hu)隻(zhi)需(xu)點(dian)擊(ji)幾(ji)下(xia)鼠(shu)標(biao)就(jiu)能(neng)得(de)到(dao)電(dian)源(yuan)架(jia)構(gou)的(de)總(zong)效(xiao)率(lv)。圖(tu)1顯示了這樣一個框圖的屏幕截圖，計算得出的總效率為86.3%。

這款工具能夠幫助用戶作出關於電源架構的基礎決策。它通過選擇具有特定效率的DC-DC轉換器，實現可接受的總電源轉換效率。此外
，它還能作出並記錄係統級決策，例如時序控製要求和能力。

圖1使用LTpowerPlanner開發的電源架構框圖

電源計算工具

利用LTpowerPlanner為特定應用開發出合適的電源係統設計後，我們便要專注於特定的DC-DC轉換器
，以設計和優化電路。對於這一設計步驟
，最佳的輔助工具是LTpowerCAD®。用戶可以從ADI網站免費下載該工具
，並將其安裝在本地計算機上。僅當更新軟件或精確計算電感磁芯損耗時，才需要網絡連接。安裝並啟動LTpowerCAD後，用戶就可以從參數搜索窗口中選擇現有電源轉換器IC。鍵入輸入電壓範圍

、所需的輸出電壓和輸出電流以及其他具體要求（如電源良好引腳
、頻率同步能力或數字接口）之(zhi)後(hou)，該(gai)工(gong)具(ju)就(jiu)會(hui)顯(xian)示(shi)合(he)適(shi)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)列(lie)表(biao)。然(ran)後(hou)，用(yong)戶(hu)從(cong)列(lie)表(biao)中(zhong)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)

，隨(sui)即(ji)會(hui)打(da)開(kai)一(yi)個(ge)設(she)計(ji)窗(chuang)口(kou)，其(qi)中(zhong)包(bao)含(han)外(wai)部(bu)元(yuan)件(jian)的(de)建(jian)議(yi)值(zhi)。接(jie)著(zhe)，從(cong)來(lai)自(zi)多(duo)家(jia)供(gong)應(ying)商(shang)的(de)大(da)量(liang)真(zhen)實(shi)電(dian)感(gan)或(huo)電(dian)容(rong)元(yuan)件(jian)中(zhong)選(xuan)擇(ze)所(suo)需(xu)的(de)元(yuan)件(jian)
，然(ran)後(hou)利(li)用(yong)這(zhe)些(xie)元(yuan)件(jian)完(wan)成(cheng)優(you)化(hua)電(dian)路(lu)的(de)所(suo)有(you)計(ji)算(suan)，包(bao)括(kuo)電(dian)路(lu)效(xiao)率(lv)
、穩定性考慮以及電源轉換器輸入端或輸出端的額外濾波要求。

使用該工具時，如果選擇的元件值遠低於或高於電路計算的建議值
，則會顯示警告消息。

圖2顯示了LTpowerCAD中用於優化設計的主窗口。黃色框顯示工具計算出的值，藍色框允許用戶輸入值。使用此工具設計開關電源電路非常簡單。

圖2LTpowerCAD中用於選擇開關電源外部元件的選項卡

圖3顯示了LTpowerCAD中的一個獨特功能：電磁幹擾(EMI)濾波器設計工具。用戶可在LTpowerCADdezhudianlujiemianzhongfangwencigongju
，dianjihoujiangdakaiyigezhuanyonglvboqishejiqichuangkou。zhegelvboqishejiqifeichangshiheyongyuquedingdianyuanshifouxuyaoteshudeshurulvboqilaimanzumouxiechuandaoEMI規範
，例如CISPR 22/CISPR 32、CISPR 25或MIL-STD-461Gfushebiaozhun。tahuihuizhidianyuanzhuanhuanqibenshendefushetu，bingtuijianshidangdeshuruduanlvboqi，yijiangchuandaofusheshuaijiandaokejieshoudeshuiping。chulezhexiezhuyaorenwuzhiwai，tahaihuihuizhilvboqichuandihanshu（濾波器衰減）和濾波器阻抗圖。適當的濾波器阻抗對於確保DC-DC轉換器和濾波器的組合保持穩定非常重要。

圖3.LTpowerCAD中的EMI濾波器設計工具
，用於設計濾波器以減少電源輸入端的傳導輻射

數字電源設置工具

有些電源是數字型。當然，1和0無法為負載供電。我們所說的數字電源是指電源穩壓器IC內的數字電路，用於控製電路參數、讀取有關電源活動的信息（遙測）
、zaishuziyuzhongyunxingwanzhengdekongzhihuiludeng。suiranxuyaofuchugengdadenulilaikuaisuzhunquedijiangxinhaoshuzihua
，danyeyincijubeileyishuzihuafangshitiaozhengkongzhihuiludenengli。

評估數字電源時
，我們需要一個軟件工具來與電源通信，並對基於狀態機的器件進行各種設置。為此
，用戶可以下載免費的LTpowerPlay®工具。它提供圖形用戶界麵，能夠全麵控製數字電源。通常，該軟件使用USB轉I2C (PMBus®)接口與硬件通信。圖4顯示了LTpowerPlay的主窗口，在其中可以選擇不同的設置


，並輪詢和顯示電源信息。

LTpowerPlay數字電源工具可以在仿真模式下作為獨立係統運行
，即使未連接任何硬件也無妨。通過這種方式，用戶可以快速了解數字電源IC
，而無需花時間閱讀冗長的數據手冊。

圖4.利用LTpowerPlay對數字電源集成電路進行適當的設置

電路仿真工具

市麵上有許多電路仿真工具，其中最受歡迎的一款仿真工具是LTspice®。它是一款完整的SPICE仿真器，具有直觀的原理圖輸入工具、符號生成器和波形查看器。它免費使用，功能先進，並針對開關電源仿真進行了優化。與一些SPICE仿真器相比，LTspice的開關電源仿真速度更快。此外，LTspice的新特性持續增加，運行速度不斷提升。

電路仿真工具是對LTpowerCAD等電路計算工具的有效補充。在仿真工具中，用戶可以更靈活地修改電路、添加濾波器等電路部分
，還可以將多個電源組合成一個大係統，檢查多個電源如何相互影響。

LTspice 17.1版引入了頻率響應分析(FRA)
，能夠快速
、輕鬆地生成電源調節環路的波特圖。LTspice 24版添加了特殊FRA探針，支持繪製調節環路的部分傳遞函數圖。LTspice 24.1.8版引入了繪製奈奎斯特圖和標準波特圖的功能。圖5顯示了LTspice中一款隔離式DC-DC轉換器的電源管理電路原理圖。

除LTspice外，ADI公司還支持SIMPLIS®，並提供許多器件模型。用戶可以在OASIS環境中
，從ADI網站免費下載有限節點版本的SIMPLIS。SIMPLIS是一款分段線性係統仿真工具

，它在仿真開關電源時速度極快。OASIS仿真環境則是包含SIMPLIS的離線模擬仿真器。

圖5.LTspice是一款非常流行的仿真工具，具備一些特殊功能，例如用於電源的新FRA功能

硬件評估工具

盡jin管guan計ji算suan與yu仿fang真zhen工gong具ju能neng大da幅fu提ti升sheng設she計ji可ke靠kao性xing，但dan真zhen實shi硬ying件jian的de性xing能neng驗yan證zheng仍reng是shi不bu可ke或huo缺que的de環huan節jie。借jie助zhu上shang述shu工gong具ju充chong分fen準zhun備bei電dian路lu，可ke以yi縮suo短duan硬ying件jian評ping估gu時shi間jian，但dan仍reng需xu進jin行xing實shi際ji的de硬ying件jian搭da建jian與yu檢jian查zha。為wei了le減jian少shao實shi驗yan評ping估gu所suo需xu時shi間jian，我wo們men推tui出chu了le一yi個ge名ming為weiLTpowerAnalyzer的新電源評估環境。它包含一套硬件
，通過ADALM2000套件連接到PC。ADALM2000是一款袖珍示波器和信號發生器

，能夠控製LTpowerAnalyzer。圖6顯示了連接到被測設計(DUT)開關電源板的LTpowerAnalyzer的設置。

圖6.LTpowerAnalyzer幫助進行硬件評估

該硬件評估工具可以繪製電源的波特圖。它能夠對高達100 A的負載瞬變進行生命周期負載瞬變測試。它還能繪製電源的輸出阻抗圖，從而有助於判斷電源是否兼容複雜（電感或電容性）負載。

這款工具以合理價格在ADI官網發售。配套的LTpowerAnalyzer軟件操作簡便。更支持與LTpowerCAD實現數據對接——將(jiang)軟(ruan)件(jian)計(ji)算(suan)的(de)波(bo)特(te)圖(tu)與(yu)硬(ying)件(jian)實(shi)測(ce)結(jie)果(guo)在(zai)同(tong)一(yi)窗(chuang)口(kou)中(zhong)對(dui)比(bi)顯(xian)示(shi)，使(shi)設(she)計(ji)值(zhi)與(yu)實(shi)際(ji)性(xing)能(neng)的(de)差(cha)異(yi)一(yi)目(mu)了(le)然(ran)，便(bian)於(yu)將(jiang)計(ji)算(suan)結(jie)果(guo)與(yu)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)進(jin)行(xing)比(bi)較(jiao)。圖(tu)7屏幕截圖顯示了使用LTpowerAnalyzer軟件進行的波特圖測量。

圖7.LTpowerAnalyzer軟件能夠輕鬆地對電源進行詳細評估

從架構設計到硬件驗證，ADI電(dian)源(yuan)工(gong)具(ju)鏈(lian)形(xing)成(cheng)完(wan)整(zheng)閉(bi)環(huan)。各(ge)工(gong)具(ju)精(jing)準(zhun)銜(xian)接(jie)
，既(ji)簡(jian)化(hua)了(le)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)的(de)複(fu)雜(za)流(liu)程(cheng)，又(you)保(bao)障(zhang)了(le)方(fang)案(an)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)與(yu)高(gao)效(xiao)性(xing)。這(zhe)套(tao)工(gong)具(ju)鏈(lian)無(wu)疑(yi)是(shi)硬(ying)件(jian)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)得(de)力(li)夥(huo)伴(ban)

，助(zhu)力(li)其(qi)在(zai)電(dian)源(yuan)開(kai)發(fa)中(zhong)精(jing)準(zhun)決(jue)策(ce)、高效創新
，為電子係統的穩定運行築牢根基。