簡介
現代電子系統的複雜度越來越高。系統板上可能有大量供電軌 (power rails) 和電源解決方案，為許多不同的負載供電。在選擇或設計每個電源之前，系統硬體工程師首先需要了解系統功率需求，然後相應地設計系統電源樹 (power tree)，以最佳化電源管理系統的效率、尺寸和成本。由於系統的複雜性，有時系統級電源最佳化並非易事。直觀的系統級設計工具可滿足這一需求。
LTpowerPlanner 工具是什麼？
LTpowerPlanner® 程式是一款系統級電源樹設計工具，可幫助系統設計人員規劃、設計和最佳化電源管理系統。它提供直觀的圖形使用者介面 (GUI)，可大大簡化系統級設計任務。
LTpowerPlanner 工具可幫助使用者：
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繪製「電源樹」類型的系統方塊圖
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計算/估算系統總輸入功率、輸出功率、功率損耗、效率和電路板尺寸
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比較不同的電源架構以進行系統級最佳化
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與 LTpowerCAD® 電源設計工具和 LTspice® 電路模擬工具介接
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直觀地記錄並呈現系統解決方案
LTpowerPlanner 設計工具是 LTpowerCAD 設計工具程式的一部分。要開啟 LTpowerPlanner 工具，使用者可以點擊主頁上的「System Design」（系統設計）圖示，如圖 1 所示。LTpowerCAD 程式是一款在 Windows PC 上執行的離線程式，可從 www.analog.com/LTpowerCAD 免費下載。
圖 1. 點擊「System Design」圖示開啟 LTpowerPlanner 工具
LTpowerPlanner 的三個基本設計步驟
開始使用 LTpowerPlanner 設計工具時，可以遵循以下三個基本步驟。
第 1 步：繪製系統電源樹
圖 2 顯示了一個使用 LTpowerPlanner 工具繪製簡單系統電源樹的範例。電源樹中有三類關鍵元件：輸入電源、電源轉換器和負載元件。電源元件僅有輸出端子，而負載元件僅有輸入端子。每個轉換器元件的左側端子是電源輸入端子，而右側端子是電源輸出端子。轉換器可以有多個輸出軌，代表多通道電源。類似地，負載元件可以有多個輸入軌端子。
圖 2. 繪製系統電源樹
使用者可以先佈置這些元件，然後從左到右將元件與電源線連接，這是預設的電流/功率流向。
第 2 步：更新元件參數
使用者可以雙擊每個元件，在其「Properties」（屬性）視窗中更新關鍵電源參數，例如輸入電壓範圍、輸出電壓、最大負載電流等。使用者還可以輸入每個電源轉換器的預期效率和估計尺寸，以用於系統計算。
圖 3. 更新關鍵轉換器參數
第 3 步：執行系統計算
使用者完成電源樹並更新所有關鍵參數後，便可執行系統計算。根據輸入的每個元件的參數，程式將計算並在螢幕的「Summary Report」（總結報告）中顯示以下值：系統總輸入功率、輸出功率、功率損耗、效率和轉換器 PC 板面積之和。如圖 4 所示，每個元件端子還會顯示其輸入或輸出電壓和電流。每個轉換器的效率和功率損耗顯示在轉換器下方。同時還會顯示每個負載和電源的功率水準。此 GUI 介面向系統工程師提供了非常直觀的展示，其中包含系統電源樹的大量詳細資訊。
圖 4. 執行系統計算
比較電源樹以進行系統最佳化
LTpowerPlanner 工具可用於比較不同電源架構以實現最佳系統解決方案。圖 5 顯示了一個比較兩個略微不同的電源樹方案 A 和 B 的簡單範例。對於此例，LTpowerPlanner 工具表明，從方案 A 到方案 B 的細微架構調整可以快速提高系統效率。
圖 5. 比較兩種電源系統架構（A 和 B）
FPGA 電源樹範例
LTpowerPlanner 工具可用於繪製更為複雜的系統。圖 6 給出了一個範例。此例顯示了多個輸出電源轉換器和多個輸入負載。具有相同電壓的多個輸出端子也可以並聯以實現均流 (current sharing)。還有阻性元件可用來代表電壓降和功率損耗。關於該工具的進階特性和功能的詳細資訊，請參閱《LTpowerPlanner 使用者指南》。
圖 6. FPGA 電源樹範例
將轉換器連結到 LTpowerCAD 電路設計或 LTspice 模擬
雖然 LTpowerPlanner 程式是一個通用系統工具，但它允許使用者將電源轉換器連結到 LTpowerCAD 電源設計工具和電路模擬工具產生的現有設計和模擬檔案。為此，使用者需要在轉換器的「Properties」（屬性）視窗中將轉換器連結到其 PC 磁碟上的特定檔案。連結建立之後，使用者可以透過點擊 LTpowerPlanner 轉換器上的相應圖示來直接開啟連結的 LTpowerCAD 設計檔案或 LTspice 模擬檔案。此特性提供了一種方便且系統化的方式來組織電源管理系統的所有設計檔案。
圖 7. 連結到現有 LTpowerCAD 和 LTspice 檔案
電源樹解決方案庫
該工具還有一個內建的 LTpowerPlanner 電源樹解決方案庫，可為使用者提供許多參考電源樹設計。如圖 8 所示，點擊「Solution Library」（解決方案庫）軟鍵，使用者便可將許多現有解決方案用於 FPGA、處理器、數據通訊和車用系統等應用。這些已有設計可節省工程師理解和設計類似電源管理系統的時間。此外，使用者也可以儲存設計並建構自己的解決方案庫以備將來使用。
圖 8. LTpowerPlanner 電源樹解決方案庫
總結
總之，LTpowerPlanner 設計工具可以幫助系統工程師以高效和直觀的方式設計和最佳化電源管理系統。該工具根據使用者輸入來計算系統的總輸入功率、輸出功率、功率損耗、效率和物理尺寸。系統設計人員可以使用此工具繪製、設計、比較和最佳化電源系統樹。該工具還提供了一種好用且簡便的方法來記錄和呈現系統電源架構。
