设计多级工业电源的方法详解

　　美国国家半导体已推出SIMPLE SWITCHER® 产品系列多款电源模块。其中，LMZ 系列模块是高集成度、高效降压稳压器，采用新型高性能封装。它集成电感器与单片同步稳压器此外，美国国家半导体推出了全新在线工具 WEBENCH® Power Architect，该工具可以让工程师在几秒内完成构思设计、建模及方案落实，从而迅速为整个电子系统设计出高性能的多输出直流/直流电源，以往这些工作则需花数个小时的时间。

　　本文详细介绍了如何在典型工业用24V电源环境下，借助WEBENCH Power Architect 中的新的电源模块来设计高效的多输出电源。该工业用24V电源在第一阶段中将电源转换为中间电压轨，最后转换为典型负载点电压和负载点电流。本文旨在说明各个阶段的设计方法及其根据项目要求易于修改和优化的特性。

　　

　　图 1 _SS 电源模块 PR2290

　　各种工业应用对电源的要求基本相同。下面引用的是典型应用如 FPGA 电源等所需的主要参数值。在马达控制、自动化网络和机器视觉领域中，可以依照此步骤采用相同的设计方法。

　　第一步确定电源输入的可能电压值：

　　Vin nom operaTIng：24V

　　Vin operaTIng：18V~30.5V

　　Vin transient：36V~42V

　　Tambient operaTIng：-40℃~+85℃（不含外部散热器或风扇）

　　在这里将略过 IEC 61132 PLC 规定的静电释放 （ESD）、突发和浪涌以及电流注入等要求。因此，可以单独设计电源，而无需考虑为满足上述测试要求而设计系统稳健性的保护电路。

　　我们使用美国国家半导体的 WEBENCH Power Architect工具设计多输出方案，可通过 www.naTIonal.com/analog/webench/power_architect 访问这一创新的在线工具。在该工具启动后的登陆页面（配置步骤）上将看到一个面板，在面板上可以填写输入和负载规格。应以实际应用中负载的名称命名填写的输入负载。

　　电源：“24V 工业电压轨” VMin：18V VMax：42V Tambient：85℃

　　应使用“添加负载”按钮设定各负载规格。

　　LOAD_1：“FPGA 核” VLoad：1.2V ILoadMax：4A

　　LOAD_2：“模拟电源” VLoad：2.5V ILoadMax：0.5A

　　LOAD_4： “I/O 电源” VLoad：1.8V ILoadMax：0.5A

　　LOAD_5：“通用用途” VLoad：5V ILoadMax：1A

　　我们可以尽可能地使用模块，并选择“首选模块解决方案”选项。

　　点击“提交项目要求”按钮将启动复杂的计算和优化过程，最终将通过三种不同的设计工具显示多个解决方案。在第一次选择中可以限制显示的解决方案数量，以便简化结果。

　　表格与框图：

　　每行代表一个完整的多输出电源设计方案，并列出了主要的系统参数。高亮显示的一行，代表着具有最佳效率与成本的备选方案，其对应的框图显示在右侧。

　　图形化图表（图 2）：

　　

　　图 2 _Webench PA_ 优化项目阶段_ 图形

　　

　　图 3 _Webench PA_优化项目阶段_拨盘