電源設計轉向磁性元件解決方案

在許多應用中，電源是內部最后一個要設計的單元－這項任務通常落在工程師肩上，而這些工程師雖具有相當專門的技術但卻沒有更多的體驗過開關模式電源復雜性。期待著進行電源設計的工程師經常需要尋求現成的參考設計方案。但最近用Google^TM搜索術語“電源參考設計”(“Power supply reference design”)竟獲得了20900000條結果，令人吃驚!

對于面臨需要完善電源設計功能的許多工程師來說，基本的參考設計是提供一些安慰，只有當設計的特殊要求與基準參數有差異時，它通常才去弄清造成差異的磁性元件的詳細數據。在這種情形下，達到令人滿意的方案的最快捷途徑是直接尋找磁性元件供應商的技術部門。

這是可能的，因為電源元件制造商，尤其是半導體生產商對于現實的電源設計已經清醒并且已經開始提供大量的支持服務包括上述的參考設計乃至完整的定制設計服務。同樣，為了在當前競爭性磁性元件市場取得成功，供應商現在開始認識到他們需要提供一種更高水平的技術支持(圖1)。設計一種合適的變壓器或磁性元件的能力已經限制了變壓器供應商的涉足或生產率。但是，對電源電路和它的客戶均有了解的磁性元件供應商，將能提供更加全面的方案并且當然會樂意幫助不能提供這種日益重要的增值能力的競爭的供應商。

有這樣一個相關案例，發生于2005年6月，當時一家設備監控用遠程服務器OEM(原始設備制造商)與Premier Magnetics公司進行了接觸，該OEM的產品提供了對服務器機箱內電源和環境的管理，包括溫、濕度。當一個新客戶與該OEM打交道，而他選用電源的要求不同于該制造商的標準DC輸出電壓和功率水平時，問題產生了，該應用要求通用的輸入電壓容量和在1A時輸出26V，3．5A時輸出7．5V。有一種選擇要求后者的輸出電壓可以切換到5V@5A，或者二者在更低的電流水平時使用而不要換變壓器或者不影響26V輸出。尺寸也很重要，因為產品需要安裝在現有的機架組件內的狹小空間。由于尺寸和時間的限制，沒有現成的電源可選。

幾種設計考慮因素

在準備提供這一水平的技術支持時，設計師需要考慮幾個問題，例如，在這種應用中，總的設計目標包括提供有成本效益的方案來滿足所需要的效率水平，并且提供一種設計來滿足所需安全標準、所需要的泄漏減低水平，和所需要的繞組內電容、溫升、功耗及其它工作特性。提供這一水平的服務需要磁性元件供應商要全速跟上最新的功率半導體技術、產品和相關國際安全標準。其它的設計考慮包括：

·所需的總功率和將采用的相應拓撲，例如對于單個或多個輸出，回掃可用到250W或更大。設計是離線的?還是有內部總線將成為主電源?

·隔離電壓和安全機構的要求—滿足UL(保險商實驗室)要求的變壓器設計可能不滿足歐洲機構的要求；進入醫療環境的磁性元件通常比通訊設備用的磁性元件有更高的擊穿電壓要求。

·工作環境—會存在溫度問題或其它問題嗎?

·所要求的效率—在某種程度上決定著元件數目和總的材料成本。如果需要非常高的效率，則92％－94％的電路可能需要光耦合器或其它附加元件。

·預算目標

·尺寸限制

重要的是方案，而不是元件

經證明，這種應用最有效的選擇方案是分立的、板載的離線開關電源——它是一種高精度55W型電源，而在結構上具有兩個固定輸出端和第三個可選輸出端。推薦的開關穩壓器是一種在回掃buck-boost拓樸中使用的常見的高效器件。供應商的標準件適用于輸出端所需要的濾波磁性元件并適用于EMI／RFI(電磁干擾／射頻干擾)濾波。

圖2示出了一種電路圖，它包括了設計需要優化的定制的開關變壓器所需要的所有元件和元件數值，連同新定制的變壓器的技術條件(見圖3)和現成的濾波器電感在一起，該電路圖在48小時內通過電子郵件發送到客戶。磁性元件的樣品在第二天發貨，所有磁性元件的設計均滿足或優于UL和IEC的安全標準，從而為客戶節省了時間和這些機構的認證費用。磁性元件供應商與客戶之間的這種合作產生了一種具有成本效益的適時方案，為OEM節省了數周的設計時間，同時提供了一條既滿足機架的物理空間又滿足生產進度要求的方案。

結語

面臨著電源設計或電源匹配問題的大部分工程師可能是其正在設計的系統的其它方面的專家。常規開關型電源拓撲的復雜性要求對合適磁性元件的選用加以認真關注。對于工程師們來說，作為現實的合作伙伴，磁性元件供應商已經開始不僅僅是將元件帶到工作臺，而是除傳統參數之外，將布置技術資源幫助客戶解決復雜的設計問題。