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可扩展性设计优点:从彼得·帕克(Peter Parker)到引脚复用

时间:2020-06-10 作者:Vikram Sundaram,德州仪器工程师 阅读:
通常情况下,蜘蛛侠在寻找可攀附的建筑物时,可扩展性是考量的重要因素。虽然供电设计并非典型的超级英雄配备,但设计的可扩展性往往与满足设计的需求同样重要。而要达到设计灵活,最有效途径莫过于选择可扩展性的系列设备。
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所谓可扩展性的系列设备,意指各设备的引脚对引脚兼容,且系列中每项设备接脚相同,如图一所示,换言之,若您需要将额定电流10A的器件更换为额定电流为20A 的器件,只需移除 10A 设备,再装上 20A 设备,不需重组或大幅更动电路板配置;亦可继续运用同系列设备的各项特性,如外部零组件数量少、可堆叠性与PMBus协定等。总而言之,可扩展性的系列产品,服务更广泛,而非仅限一两个应用。

图一:可扩展性的引脚对引脚设备范例

蜂鸣!额定电流过高!

在设计中采用堆叠配置,可扩展性会更加有利,因为高电流应用(>80 A)通常无法使用单个集成电路(IC)进行维修,若具备可堆叠性,即可将多件DC/DC转换器并联,从而构成一个具有综合输出额定值的多相位变压器解决方案,其总额定输出电流为堆栈芯片额定电流之总和。例如,若堆栈 10A 器件及 20A器件,负载点即可处理 30A的电流 。此种应用一般需要一个DC/DC控制器及多路功率级,但堆叠配置能将两项及以上的变压器输出绑在一起,缩小整体设计面积,如图二的标准架构使用三个IC,而可堆栈架构只用两个IC。

图二:标准与堆叠配置的面积比较

相较于单一IC,堆叠配置可以实现更大的散热,因为热量分布在多个元件上。可堆叠性还可以降低成本,因为低等级的电感器的成本比单个IC中的高等级电感器的成本低。您可以在一个可扩展系列的堆叠中混合匹配部件,这种易于互换的特性可以更有效地满足负载点需求。

强力带来卓越的引脚复用能力

DC/DC 转换器的可扩展性可以在通过引脚复用或 PMBus配置元件时,保留外部元件数量,以备需求变化时使用。例如,引脚复用可以让设计师通过在适当引脚位置放置不同的电阻配置来选择内部补偿元件。使用具有内部补偿及可扩展性的系列产品则不需要额外工作,因为各器件之间的电阻配置是相同的。即使最终更换了IC,也可以简单地重置引脚复用配置。

从图三可见,即使选择的配置发生改变,引脚复用也未必会增加外部元件数量;当采用引脚复用功能在两个不同的开关频率之间切换时,只需要简单地改变其中一些电阻值。

图三: 用两种不同的引脚复用配置来改变TPS546D24A的 开关频率

这种优势还可以扩展到 PMBus 转化器,若设计的成败取决于能否接收故障通报或电源正常信号(PG),则所有系列产品皆可具备这些功能;对于可堆叠的 PMBus 兼容元件、一个元件充当堆栈的主元件,子元件会根据主元件接收到的命令运行。

拯救世界(或拯救设计流程)

通过在当前的额定值上进行扩展,和可堆叠性实现混合匹配,并预留外部元件数量,通过使用可扩展部件带来更多通用性。若当前的引脚复用配置或器件不符合负载点,只需更换电阻或改用同一系列产品内其他元件即可。

您可选择消耗大量时间来重新设计细节,或让一个可扩展的家族为你量身定做。即使是托尼·史塔克(Tony Stark),也不会在每次制作新的钢铁侠战衣时,重新设计电弧反应堆,不然他怎么会有时间去拯救世界呢?

责编:Yvonne Geng

(本文由德州仪器供稿,电子工程专辑对文中陈述、观点保持中立) 

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