Регуляторы напряжения и планирование запаса мощности с помощью PDN Analyzer

В моём первом проекте обратноходового преобразователя мне был задан запас мощности для проектируемой функциональной части и я должен был учитывать её требования к электропитанию и используемую мной топологию. Я подумал об эффективности удаления тепла из корпуса и старался избежать использования тепловых радиаторов. Также я хотел добиться надёжности и должной глубины регулирования, чтобы регулятор продолжал работать даже когда CPU, память и другие устройства потребляли полную мощность. Я выбрал обратноходовую топологию.

В те дни инструменты моделирования не были столь элегантно интегрированы в схемотехнический инструментарий, так что я использовал подручные возможности. Я ознакомился с книгой Прессмана “Switching Power Supply Design”. Я использовал заданные требования к проектированию, например, откуда я получаю энергию и куда я ее направляю, чтобы начать свой анализ.

Выбор правильного регулятора является критически важным для топологии системы электропитания. Но с более четким пониманием того, какие программные функции и инструменты могут помочь в разработке проекта, вы сможете снять значительную нагрузку с подсистемы распределения электропитания в проекте.

Что такое регуляторы напряжения и как их использовать

Регуляторы напряжения подобны двигателям в электрическом проектировании. Они получают мощность всей энергии, доступной в вашем проекте и преобразуют её в энергию, которую может использовать функциональная часть. Для многих проектов со смешанными сигналами регуляторы обеспечивают питание CPU, памяти, микросхем управления и разных других схем, поддерживаемых устройством.

При питании сложных микросхем, таких как CPU, обычно требуется более чем один регулятор напряжения; ядра CPU, чтобы оставаться холодными, питаются небольшим напряжением, так что может потребоваться регулятор с выходным размахом 1,2 В и даже ниже. Выходные каскады CPU могут питаться от напряжения 3,3 В. Некоторые функциональные части могут требовать напряжения 5 В, другие – какого-нибудь еще.

Было время, когда приходилось ждать готового устройства, прежде чем была возможность оценить общее тепло и тепло, выделяемое регуляторами напряжения. Я помню, видел термопары, присоединяемые непосредственно к микросхемам, так что инженер мог наблюдать тепловые потери в реальном времени. Эта методика не впечатлила бы в настоящее время и не была особенно точна, но позволяла оценить диссипацию тепла в регуляторе.

Такая неточность приводила, в конце концов, к  необходимости инженеров требовать от своих менеджеров приобретения дорогостоящих ИК-камер для наблюдения плотности распределения тепла на функционирующих платах, что обеспечивало более точное наблюдение тепловой картины в реальном времени.

Примерно так выглядит тепловая картинка печатной платы