【拯救世界前還要考慮什麼?】一文談供電裝置中「規模彈性」的必要性

畫面截自:德州儀器 Texas Instruments Taiwan Facebook 專頁

【為什麼我們挑選這篇新聞】供電系統在產業發展中具相當重要地位,而企業在規劃供電系統時,規模彈性與裝置的相容性最為重要。在未來,能源轉型與需求不斷更新,系統的彈性調整日漸重要。選擇具備彈性功能的裝置,企業才能在未來能源條件與需求轉變時,迅速反應。(責任編輯:呂威逸)

蜘蛛人在尋找可攀附的建築物時,規模彈性常是重要考量。雖然供電設計並非常見的超級英雄配備,但規模彈性的重要性,並不亞於滿足應用需求,而要達到設計靈活,最有效途徑莫過於選擇具規模彈性的系列裝置。

所謂具規模彈性的系列裝置,意指各裝置的針腳對針腳相容,且系列中每項裝置接腳相同,如圖一所示,換言之,若要將 10A 額定裝置更換為 20A 額定裝置,只需移除 10A 裝置,再裝上 20A 裝置,不需以侵入性方式大幅更動電路板配置;亦可繼續運用同系列裝置的各項特色,如外部零組件數量少、可堆疊與 PMBus 協定等。總而言之,系列產品如具規模彈性,可服務更多樣的應用,而非僅限一、兩種。

圖一:具規模彈性的針腳對針腳裝置範例

糟糕!額定電流過高!

若在設計中搭配可堆疊性,規模彈性會更加有利,較高電流應用(>80 A)通常無法以單一晶片滿足,若具備可堆疊性,可將多件 DC/DC 轉換器並聯,構成多相位變壓器解決方案,使得總額定輸出電流為堆疊晶片額定電流之總和;若堆疊 10A 裝置及 20A 裝置,負載點即可處理 30A。此種應用一般需要 DC/DC 控制器及多重功率級,但可堆疊架構能將兩項以上的變壓器輸出綁在一起,縮小整體設計面積,如圖二的標準架構使用三個晶片,而可堆疊架構只用兩個晶片。

圖二:標準與可堆疊架構的面積

相較於單一晶片,可堆疊架構的熱能可藉由多個裝置分散,故可提升熱耗散效果;且單一晶片中,較低額定電感成本低於較高額定電感,可堆疊設計亦可降低零組件成本。此外,設計師可於單一堆疊內混用具規模彈性的系列產品,以滿足電流需求,可互換特質也能更有效率地處理負載點需求。

提升針腳可配置性能力

若裝置內使用針腳可配置性或 PMBus,當需求改變時,具規模彈性的 DC/DC 轉換器可預留外部零組件數量。針腳可配置性可讓設計師藉由在適當針腳位置放置多項電阻架構,選擇內部補償零組件。若使用具內部補償及具規模彈性的系列產品,如 TPS546A24A、 TPS546B24A、 TPS546D24A 等,由於各裝置之間的電阻架構相同,切換裝置就不需額外設計,即使最終得更換晶片,也不必擔心針腳可配置性架構。

從圖三可見,即使架構改變,針腳可配置性也未必會增加外部零組件數量;若要使用針腳可配置性在兩種切換頻率間轉換,只需改變部分電阻值。

圖三:TPS546D24A 以兩種針腳可配置性架構改變切換頻率

具規模彈性的 PMBus 變壓器也擁有相同優點,若您的設計成敗取決於能否接收故障通報或電源訊號,所有系列產品皆具備這些功能;在可堆疊的 PMBus 相容裝置中,裝置可被視為堆疊母體的角色,而子體則依據母體接收的指令運作。

拯救世界(或至少拯救設計流程)

由於規模彈性可調整額定電流,能藉由堆疊混合各種架構,並預留外部零組件數量,讓設計圖與設計流程更加靈活。使用具規模彈性的零組件後,設計圖不再只適用於單一應用或單一需求,若你選擇的裝置針腳可配置性架構與負載點電流不符,只需更換電阻或改用同一系列產品內其他裝置即可。

您可選擇將所有時間耗在重新設計細節,也可以採用具規模彈性的系列產品代你解決問題。就算是東尼史塔克,要製作新的鋼鐵裝時,也不必每次都重新設計方舟反應爐,否則他哪裡還有時間拯救世界呢?

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