在電源設(shè)計(jì)工具(WebDesigner ?Power?Supply)中使用標(biāo)稱輸入電壓來設(shè)計(jì)和選擇產(chǎn)品

圖 1：“有時(shí)做個(gè)正常人更好”。

Surinder P. Singh繪制的漫畫和Kush Kaur的

圖形藝術(shù)作品。

極端環(huán)境下的電源設(shè)計(jì)

電源將電壓從一個(gè)值轉(zhuǎn)換為另一個(gè)值。輸入電壓通常是個(gè)范圍，通常以標(biāo)稱電壓為中心。然而，有些應(yīng)用在標(biāo)稱值周圍有一個(gè)不對(duì)稱的范圍。例如，假設(shè)源電壓的標(biāo)稱值為12伏。在這種情況下，電源設(shè)計(jì)人員可出于對(duì)系統(tǒng)和應(yīng)用的考慮，將電源輸入電壓范圍設(shè)計(jì)為(例如)10至14伏。

考慮連接電池的汽車電源設(shè)計(jì)：汽車電池的標(biāo)稱電壓為12伏。在冷啟動(dòng)期間，電池電壓可能下降到3伏或6伏。在負(fù)載突降期間，電池電壓可能高達(dá)28或36伏。這些嚴(yán)重的極端情況在標(biāo)稱電壓周圍是不對(duì)稱的。汽車電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員知道，這些極端情況只是瞬態(tài)的。雖然電源設(shè)計(jì)需要在極端情況下承受和運(yùn)作，但仍需要對(duì)標(biāo)稱電壓下的情況進(jìn)行優(yōu)化。在這些情況下，WebDesigner Power Supply工具可助您使用標(biāo)稱電壓進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

WebDesigner Power Supply

采用標(biāo)稱輸入電壓

讓我在WebDesigner Power Supply工具中演示這電源設(shè)計(jì)。從INPUTS選項(xiàng)卡開始，輸入輸入電壓的最小值和最大值：將Vin min設(shè)為6伏，Vin max設(shè)為36伏。點(diǎn)擊標(biāo)有“可選參數(shù)”的可折疊標(biāo)簽，將其展開，并輸入12伏的標(biāo)稱電壓，如圖2所示。您可看到，輸入電壓范圍在標(biāo)稱電壓周圍并不對(duì)稱：輸入的下限是低于標(biāo)稱電壓6伏(12-6=6伏)，上限是高于標(biāo)稱電壓24伏(36-12=24伏)。

圖 2：WebDesigner Power Supply工具的INPUT

屏幕。在可選參數(shù)區(qū)域中輸入標(biāo)稱輸入電壓。

設(shè)置輸出電壓為3.3伏，輸出電流為3安培。點(diǎn)擊 “CALCULATE DESIGNS”按鈕，進(jìn)入SELECT屏幕，這里列出了各種電源方案，如圖3所示。這個(gè)屏幕顯示了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方面--計(jì)算出的能效和IC結(jié)溫，以及估計(jì)的物料單(BOM)成本、BOM數(shù)量和占位。表的底部有一個(gè)注釋，“*工作值是按標(biāo)稱輸入電壓(12 V)計(jì)算的”，告知用戶所有的工作值都是標(biāo)稱值，而不是輸入電壓范圍的最壞情況。

圖 3：WebDesigner Power Supply工具的SELECT

屏幕。顯示了在給定輸入輸出條件的所有設(shè)計(jì)。

顯示在標(biāo)稱輸入電壓下的方案性能并進(jìn)行排名。

雖然列出的設(shè)計(jì)考慮到了最小值和最大值，但設(shè)計(jì)結(jié)果、選擇和產(chǎn)品排名是基于標(biāo)稱電壓結(jié)果。讓我們更深入研究一下。

我們的應(yīng)用是汽車，所以我們點(diǎn)擊“IC功能”下拉菜單，勾選“符合車規(guī)”，顯示NCV891330PD33R2G為選項(xiàng)，如圖4所示。要進(jìn)入設(shè)計(jì)，點(diǎn)擊迷你示意圖或右邊的SELECT按鈕。

圖4：WebDesigner Power Supply工具的SELECT

屏幕，這里只展示篩選出的符合車規(guī)的方案。

您會(huì)看到DESIGN選項(xiàng)卡下面的子選項(xiàng)卡SCHEMATIC、OPERATING VALUES和CHARTS(見圖5和6)。列出的是標(biāo)稱輸入電壓下的工作值(在我們的例子中是12伏)。這有利于使設(shè)計(jì)人員更少關(guān)注工作的極端情況，而更關(guān)注在標(biāo)稱輸入電壓下的性能優(yōu)化，但設(shè)計(jì)必須生存和運(yùn)行除外。工作值來自于電源的精密數(shù)學(xué)模型，以迭代自洽的方式計(jì)算。

圖5：WebDesigner Power Supply中的DESIGN

選項(xiàng)卡顯示原理圖

圖6：WebDesigner Power Supply中的DESIGN

選項(xiàng)卡顯示工作值，基于標(biāo)稱輸入電壓計(jì)算。

點(diǎn)擊子選項(xiàng)卡CHART。在圖7中，您可看到圖表繪制了三種輸入電壓條件：最小、標(biāo)稱和最大電壓。由于最大值和最小值在標(biāo)稱值周圍不對(duì)稱，所以曲線也是不對(duì)稱的。最大輸入電壓下的能效為65%，而最小輸入電壓下的能效為76%；在標(biāo)稱值下，能效為75%，更接近輸入最小值的情況。然而，正如所討論的那樣，設(shè)計(jì)人員并不過于關(guān)注這些數(shù)值，因?yàn)殡娐诽幱跇O端情況下的時(shí)間很少。設(shè)計(jì)在標(biāo)稱電壓下工作的時(shí)間占絕大多數(shù)，這讓設(shè)計(jì)人員在選擇設(shè)計(jì)和關(guān)注標(biāo)稱輸入電壓方面提供了寶貴的啟示。

圖7：WebDesigner Power Supply中的DESIGN選項(xiàng)

卡顯示圖表。除了通常的最大值和最小值外，

圖表還繪制了標(biāo)稱值。

假設(shè)在INPUT屏幕上沒有指定標(biāo)稱電壓。在這種情況下，圖表是基于最大和最小的平均值的“標(biāo)稱”電壓而計(jì)算(21 V=(6 36)/2伏)，而工作值基于最大電壓的最壞情況而計(jì)算(36伏)。這些都不是用戶特別關(guān)注的。SELECT屏幕根據(jù)最壞情況(Vin max=36伏)的性能而不是標(biāo)稱電壓對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行排名。作為練習(xí)，您可在不指定標(biāo)稱電壓的情況下重復(fù)上述操作，看看結(jié)果有什么不同。

// 總結(jié) //

走出您的舒適區(qū)；考慮常態(tài)。

雖然在某些情況下，極端設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但在其他情況下，針對(duì)標(biāo)稱用例進(jìn)行設(shè)計(jì)更為重要。下次設(shè)計(jì)電源時(shí)，您可針對(duì)極端情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，但可使用WebDesigner Power Supply工具優(yōu)化基于標(biāo)稱電壓的設(shè)計(jì)。

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