LTpowerPlanner: uno strumento di progettazione dell’architettura di alimentazione a livello di sistema

I sistemi elettronici moderni diventano sempre più complessi. A causa della complessità del sistema, a volte l’ottimizzazione della potenza per tutte le sue parti non è un compito semplice. L’intuitivo strumento di progettazione a livello di sistema qui presentato risponde a questa esigenza.  

Introduzione

In una scheda di circuiti può essere presente un gran numero di linee e soluzioni di alimentazione per applicare la corrente a molti carichi diversi. Prima di scegliere o progettare ciascun alimentatore individuale, l’ingegnere impegnato nello sviluppo dell’hardware del sistema deve anzitutto capirne le esigenze di potenza e quindi creare la struttura di alimentazione dell’intero sistema in modo da ottimizzare l’efficienza, le dimensioni e il costo del sistema di gestione dell’alimentazione.

Cos’è lo strumento LTpowerPlanner

Il programma LTpowerPlanner è uno strumento di progettazione della struttura di alimentazione a livello di sistema pensato per aiutare i progettisti di sistemi a pianificare, progettare e ottimizzare un sistema di gestione della potenza. Presenta un’intuitiva interfaccia grafica utente (GUI) per semplificare notevolmente le operazioni di progettazione a livello di sistema. LTpowerPlanner aiuta gli utenti a:

  • disegnare un diagramma a blocchi del sistema del tipo “struttura ad albero” dell’alimentazione;
  • calcolare o stimare la potenza d’ingresso totale del sistema, la potenza di uscita, l’attenuazione di potenza, l’efficienza e le dimensioni della scheda;
  • confrontare le varie architetture di alimentazione ai fini dell’ottimizzazione a livello di sistema;
  • interfacciarsi con lo strumento di progettazione della struttura di alimentazione LTpowerCAD e con lo strumento di simulazione di circuiti LTspice;
  • documentare intuitivamente e presentare la soluzione relativa al sistema.

LTpowerPlanner fa parte del programma LTpowerCAD. Per aprire LTpowerPlanner, l’utente può fare clic sull’icona “System Design” visualizzata nella pagina principale di LTpowerCAD, come illustrato nella Figura 1. LTpowerCAD è un programma off-line eseguibile su un PC con Windows e scaricabile gratuitamente dal sito www.linear.com/LTpowerCAD.

Figura 1: Clic sull’icona “System Design” per aprire lo strumento LTpowerPlanner

Tre fasi fondamentali di progettazione con LTpowerPlanner

Per iniziare a usare LTpowerPlanner, svolgere la seguente procedura in tre fasi:

1. Disegno di una struttura ad albero dell’alimentazione del sistema.

La Figura 2 mostra un esempio dell’uso di LTpowerPlanner per disegnare una semplice struttura ad albero dell’alimentazione del sistema. Questa struttura consiste di tre tipi di componenti fondamentali: sorgente di potenza all’ingresso, convertitore dell’alimentatore e dispositivo di carico. Il componente ‘power source’ ha solo un terminale di uscita, mentre il componente ‘load’ ha solo un terminale d’ingresso. Per quanto riguarda ciascun componente ‘converter’, il terminale sul lato sinistro corrisponde all’ingresso della potenza, mentre il terminale sul lato destro corrisponde all’uscita della potenza. Il componente ‘converter’ può avere più linee di uscita per rappresentare un alimentatore multicanale. Analogamente, il componente ‘load’ può avere più terminali di linee d’ingresso. L’utente può collocare prima questi componenti, quindi collegarli con cavi di alimentazione da sinistra a destra, la direzione predefinita del flusso di potenza e quindi di circolazione della corrente.

2. Aggiornamento dei parametri dei componenti.

L’utente può fare doppio clic su ciascun componente per aggiornarne i parametri di alimentazione fondamentali nella corrispondente finestra ‘Properties’, come range della tensione d’ingresso, tensione di uscita, corrente di carico massima, ecc. Può anche inserire l’efficienza prevista e le dimensioni stimate per ciascun componente ‘converter’ per eseguire i calcoli relativi al sistema. Vedere Figura 3.

3. Esecuzione dei calcoli relativi al sistema.

Dopo aver completato la struttura ad albero dell’alimentazione e aggiornato tutti i parametri fondamentali, l’utente può eseguire i calcoli relativi al sistema. In base ai parametri inseriti per ciascun componente, il programma calcola e visualizza i seguenti valori nella schermata ‘Summary Report’: potenza d’ingresso totale del sistema, potenza di uscita, attenuazione di potenza, efficienza e la somma delle aree della scheda di circuiti del convertitore. Come illustrato nella Figura 4, per ciascun terminale di un componente sono visualizzate anche la tensione e corrente di ingresso e uscita. L’efficienza e l’attenuazione di potenza di ciascun convertitore vengono visualizzate sotto di esso. Sono visualizzati anche il livello di potenza di ciascun carico e sorgente di potenza. Questa GUI presenta a un progettista di sistemi schermate molto intuitive, ricche di dettagli sulla struttura ad albero dell’alimentazione del sistema.

Figura 2: disegno di una struttura ad albero dell’alimentazione del sistema

 

Figura 3: aggiornamento dei parametri fondamentali del convertitore ('converter')

 

Figura 4: esecuzione dei calcoli relativi al sistema

CONFRONTO DI STRUTTURE AD ALBERO DELL’ALIMENTAZIONE AI FINI DELL’OTTIMIZZAZIONE DEL SISTEMA

LTpowerPlanner può essere utilizzato per confrontare architetture di alimentazione differenti allo scopo di ottenere una soluzione ottimale per il sistema. La Figura 5 mostra un semplice esempio del confronto di due opzioni per la struttura ad albero dell’alimentazione leggermente diverse, A e B. In questo caso, LTpowerPlanner mostra che una piccola modifica dell’architettura dall’opzione A all’opzione B può migliorare velocemente l’efficienza del sistema.

Figura 5: confronto di due architetture del sistema di alimentazione (A e B)

ESEMPIO DI UNA STRUTTURA AD ALBERO DELL’ALIMENTAZIONE PER UN FPGA

LTpowerPlanner è utilizzabile per disegnare sistemi molto più complessi. La Figura 6 ne mostra un esempio, in cui sono presenti convertitori di potenza multi-uscita e carichi multi-ingresso. È anche possibile collegare in parallelo più terminali di uscita alla stessa tensione ai fini della condivisione della corrente. Sono disponibili anche componenti resistivi per rappresentare cadute di tensione e attenuazioni di potenza. Consultare la Guida dell’utente di LTpowerPlanner per dettagli sulle funzioni e caratteristiche avanzate dello strumento.

Figura 6: un esempio di struttura ad albero dell’alimentazione di un FPGA

COLLEGAMENTO DI UN CONVERTITORE AL FILE DI PROGETTAZIONE DI CIRCUITI LTpowerCAD OPPURE A FILE DI SIMULAZIONE LTspice

Sebbene il programma LTpowerPlanner sia uno strumento generico per l’ottimizzazione di sistemi, consente all’utente di collegare un convertitore di potenza a file preesistenti di progettazione e simulazione generati dallo strumento di progettazione della struttura di alimentazione LTpowerCAD e dallo strumento di simulazione di circuiti LTspice. A tal fine, nella finestra ‘Properties’, l’utente deve collegare il convertitore agli specifici file residenti sul disco del PC. Dopo avere stabilito i collegamenti, può aprire direttamente il file di progettazione LTpowerCAD o il file di simulazione LTspice collegato facendo clic sulle icone corrispondenti visibili sul convertitore di LTpowerPlanner, come illustrato nella Figura 7. Questa funzionalità fornisce un metodo comodo e sistematico per organizzare tutti i file di progettazione per un sistema di gestione della potenza.

Figura 7: collegamento a file LTpowerCAD e LTspice preesistenti

LIBRERIA DELLE SOLUZIONI PER LA STRUTTURA AD ALBERO DELL’ALIMENTAZIONE

LTpowerPlanner mette inoltre a disposizione dell’utente una libreria delle soluzioni per la struttura ad albero dell’alimentazione, contenente molti progetti di riferimento. Come illustrato nella Figura 8, facendo clic sul tasto funzione ‘Solution Library’, l’utente può utilizzare molte soluzioni preesistenti per applicazioni quali FPGA, processori, sistemi di trasmissione dati e automotive, ecc. Questi progetti di riferimento consentono agli ingegneri di capire e progettare più velocemente un sistema di gestione della potenza simile. Inoltre, l’utente può memorizzare i suoi progetti e costruire una propria libreria di soluzioni da consultare secondo le necessità.

Figura 8: libreria delle soluzioni per la struttura ad albero dell’alimentazione di LTpowerPlanner

CONCLUSIONI

Riepilogando, lo strumento di progettazione LTpowerPlanner può aiutare gli ingegneri di sistema a progettare e ottimizzare un sistema di gestione della potenza in un modo molto efficace e intuitivo. In base alle immissioni dell’utente, lo strumento calcola la potenza totale d’ingresso, la potenza di uscita, l’attenuazione di potenza, l’efficienza e le dimensioni del sistema. Gli ingegneri possono usare lo strumento per disegnare, progettare, confrontare e ottimizzare la struttura ad albero dell’alimentazione del sistema. Lo strumento offre anche un modo comodo ed efficace per documentare e presentare l’architettura di alimentazione del sistema.

 

A cura di Henry Zhang, Applications Engineering Manager e Tim Kozono, Applications Engineer, Linear Technology Corporation 

 

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Una risposta

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 24 febbraio 2017

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