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在许多应用中,电源是内部最后一个要设计的单元-这项任务通常落在工程师肩上,而这些工程师虽具有相当专门的技术但却没有更多的体验过开关模式电源复杂性。期待着进行电源设计的工程师经常需要寻求现成的参考设计方案。但最近用GoogleTM搜索术语“电源参考设计”(“Power supply reference design”)竟获得了20900000条结果,令人吃惊!
对于面临需要完善电源设计功能的许多工程师来说,基本的参考设计是提供一些安慰,只有当设计的特殊要求与基准参数有差异时,它通常才去弄清造成差异的磁性元件的详细数据。在这种情形下,达到令人满意的方案的最快捷途径是直接寻找磁性元件供应商的技术部门。
这是可能的,因为电源元件制造商,尤其是半导体生产商对于现实的电源设计已经清醒并且已经开始提供大量的支持服务包括上述的参考设计乃至完整的定制设计服务。同样,为了在当前竞争性磁性元件市场取得成功,供应商现在开始认识到他们需要提供一种更高水平的技术支持(图1)。设计一种合适的变压器或磁性元件的能力已经限制了变压器供应商的涉足或生产率。但是,对电源电路和它的客户均有了解的磁性元件供应商,将能提供更加全面的方案并且当然会乐意帮助不能提供这种日益重要的增值能力的竞争的供应商。
有这样一个相关案例,发生于2005年6月,当时一家设备监控用远程服务器OEM(原始设备制造商)与Premier Magnetics公司进行了接触,该OEM的产品提供了对服务器机箱内电源和环境的管理,包括温、湿度。当一个新客户与该OEM打交道,而他选用电源的要求不同于该制造商的标准DC输出电压和功率水平时,问题产生了,该应用要求通用的输入电压容量和在1A时输出26V,3.5A时输出7.5V。有一种选择要求后者的输出电压可以切换到5V@5A,或者二者在更低的电流水平时使用而不要换变压器或者不影响26V输出。尺寸也很重要,因为产品需要安装在现有的机架组件内的狭小空间。由于尺寸和时间的限制,没有现成的电源可选。
几种设计考虑因素
在准备提供这一水平的技术支持时,设计师需要考虑几个问题,例如,在这种应用中,总的设计目标包括提供有成本效益的方案来满足所需要的效率水平,并且提供一种设计来满足所需安全标准、所需要的泄漏减低水平,和所需要的绕组内电容、温升、功耗及其它工作特性。提供这一水平的服务需要磁性元件供应商要全速跟上最新的功率半导体技术、产品和相关国际安全标准。其它的设计考虑包括:
·所需的总功率和将采用的相应拓扑,例如对于单个或多个输出,回扫可用到250W或更大。设计是离线的?还是有内部总线将成为主电源?
·隔离电压和安全机构的要求—满足UL(保险商实验室)要求的变压器设计可能不满足欧洲机构的要求;进入医疗环境的磁性元件通常比通讯设备用的磁性元件有更高的击穿电压要求。
·工作环境—会存在温度问题或其它问题吗?
·所要求的效率—在某种程度上决定着元件数目和总的材料成本。如果需要非常高的效率,则92%-94%的电路可能需要光耦合器或其它附加元件。
·预算目标
·尺寸限制
重要的是方案,而不是元件
经证明,这种应用最有效的选择方案是分立的、板载的离线开关电源——它是一种高精度55W型电源,而在结构上具有两个固定输出端和第三个可选输出端。推荐的开关稳压器是一种在回扫buck-boost拓朴中使用的常见的高效器件。供应商的标准件适用于输出端所需要的滤波磁性元件并适用于EMI/RFI(电磁干扰/射频干扰)滤波。
图2示出了一种电路图,它包括了设计需要优化的定制的开关变压器所需要的所有元件和元件数值,连同新定制的变压器的技术条件(见图3)和现成的滤波器电感在一起,该电路图在48小时内通过电子邮件发送到客户。磁性元件的样品在第二天发货,所有磁性元件的设计均满足或优于UL和IEC的安全标准,从而为客户节省了时间和这些机构的认证费用。磁性元件供应商与客户之间的这种合作产生了一种具有成本效益的适时方案,为OEM节省了数周的设计时间,同时提供了一条既满足机架的物理空间又满足生产进度要求的方案。
结语
面临着电源设计或电源匹配问题的大部分工程师可能是其正在设计的系统的其它方面的专家。常规开关型电源拓扑的复杂性要求对合适磁性元件的选用加以认真关注。对于工程师们来说,作为现实的合作伙伴,磁性元件供应商已经开始不仅仅是将元件带到工作台,而是除传统参数之外,将布置技术资源帮助客户解决复杂的设计问题。
对于面临需要完善电源设计功能的许多工程师来说,基本的参考设计是提供一些安慰,只有当设计的特殊要求与基准参数有差异时,它通常才去弄清造成差异的磁性元件的详细数据。在这种情形下,达到令人满意的方案的最快捷途径是直接寻找磁性元件供应商的技术部门。
这是可能的,因为电源元件制造商,尤其是半导体生产商对于现实的电源设计已经清醒并且已经开始提供大量的支持服务包括上述的参考设计乃至完整的定制设计服务。同样,为了在当前竞争性磁性元件市场取得成功,供应商现在开始认识到他们需要提供一种更高水平的技术支持(图1)。设计一种合适的变压器或磁性元件的能力已经限制了变压器供应商的涉足或生产率。但是,对电源电路和它的客户均有了解的磁性元件供应商,将能提供更加全面的方案并且当然会乐意帮助不能提供这种日益重要的增值能力的竞争的供应商。
有这样一个相关案例,发生于2005年6月,当时一家设备监控用远程服务器OEM(原始设备制造商)与Premier Magnetics公司进行了接触,该OEM的产品提供了对服务器机箱内电源和环境的管理,包括温、湿度。当一个新客户与该OEM打交道,而他选用电源的要求不同于该制造商的标准DC输出电压和功率水平时,问题产生了,该应用要求通用的输入电压容量和在1A时输出26V,3.5A时输出7.5V。有一种选择要求后者的输出电压可以切换到5V@5A,或者二者在更低的电流水平时使用而不要换变压器或者不影响26V输出。尺寸也很重要,因为产品需要安装在现有的机架组件内的狭小空间。由于尺寸和时间的限制,没有现成的电源可选。
几种设计考虑因素
在准备提供这一水平的技术支持时,设计师需要考虑几个问题,例如,在这种应用中,总的设计目标包括提供有成本效益的方案来满足所需要的效率水平,并且提供一种设计来满足所需安全标准、所需要的泄漏减低水平,和所需要的绕组内电容、温升、功耗及其它工作特性。提供这一水平的服务需要磁性元件供应商要全速跟上最新的功率半导体技术、产品和相关国际安全标准。其它的设计考虑包括:
·所需的总功率和将采用的相应拓扑,例如对于单个或多个输出,回扫可用到250W或更大。设计是离线的?还是有内部总线将成为主电源?
·隔离电压和安全机构的要求—满足UL(保险商实验室)要求的变压器设计可能不满足欧洲机构的要求;进入医疗环境的磁性元件通常比通讯设备用的磁性元件有更高的击穿电压要求。
·工作环境—会存在温度问题或其它问题吗?
·所要求的效率—在某种程度上决定着元件数目和总的材料成本。如果需要非常高的效率,则92%-94%的电路可能需要光耦合器或其它附加元件。
·预算目标
·尺寸限制
重要的是方案,而不是元件
经证明,这种应用最有效的选择方案是分立的、板载的离线开关电源——它是一种高精度55W型电源,而在结构上具有两个固定输出端和第三个可选输出端。推荐的开关稳压器是一种在回扫buck-boost拓朴中使用的常见的高效器件。供应商的标准件适用于输出端所需要的滤波磁性元件并适用于EMI/RFI(电磁干扰/射频干扰)滤波。
图2示出了一种电路图,它包括了设计需要优化的定制的开关变压器所需要的所有元件和元件数值,连同新定制的变压器的技术条件(见图3)和现成的滤波器电感在一起,该电路图在48小时内通过电子邮件发送到客户。磁性元件的样品在第二天发货,所有磁性元件的设计均满足或优于UL和IEC的安全标准,从而为客户节省了时间和这些机构的认证费用。磁性元件供应商与客户之间的这种合作产生了一种具有成本效益的适时方案,为OEM节省了数周的设计时间,同时提供了一条既满足机架的物理空间又满足生产进度要求的方案。
结语
面临着电源设计或电源匹配问题的大部分工程师可能是其正在设计的系统的其它方面的专家。常规开关型电源拓扑的复杂性要求对合适磁性元件的选用加以认真关注。对于工程师们来说,作为现实的合作伙伴,磁性元件供应商已经开始不仅仅是将元件带到工作台,而是除传统参数之外,将布置技术资源帮助客户解决复杂的设计问题。