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破除低電壓迷思重新審視高電壓設計必要性

時間：2007-08-30 09:52:34

關鍵字：低電壓高電壓 BSP POE

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[導讀] 今天，幾乎在所有的系統設計中，‘低電壓操作’已成為一個最流行的詞匯，而且正日益占據主導地位。取代僅僅幾年前的那些雙極型15V電源，我們已經逐步把系統的電源電壓依次從12V、5V、3V降低到了現在的1V，而且，

今天，幾乎在所有的系統設計中，‘低電壓操作’已成為一個最流行的詞匯，而且正日益占據主導地位。取代僅僅幾年前的那些雙極型15V電源，我們已經逐步把系統的電源電壓依次從12V、5V、3V降低到了現在的1V，而且，通常采用的是單極型電源。

這一切都是為了降低功耗。一位朋友告訴我，他正在使用的處理器具有一打以上的電源軌，標稱電壓在1V和3V之間，并具有不同的容差。由于CPU設計工程師希望揭開能以最小功耗滿足最大性能要求的致勝點(sweetspot)神秘面紗。因此，如果該處理器周圍充滿了大量的小型穩(wěn)壓器IC以支持那些電源軌呢？很遺憾，那不是CPU設計工程師的問題─它是你－作為一個系統設計工程師所必須面臨的問題。

我確實想知道，一些模擬件供貨商是否曾經采取過一些富有遠見的行動，將某些IC設計工程師派遣到數字IC公司充當所謂的‘鼴鼠’(moles，此處意指長期潛伏的間諜)？這些‘鼴鼠’們堅持盡可能多地采用不同的電源軌，以刺激更多與電源IC相關的業(yè)務。正如微軟日益龐大的軟件操作系統能夠驅使對PC中RAM和硬盤的要求一樣，我的想法說不定是真的。

然而，除了所有的低電壓議論之外，模擬和電源公司都知道，較高電壓系統的運作非常良好，在業(yè)界，這幾乎不是秘密。看看這些公司們近來推出的產品，你將看到許多組件具有兩位數的輸入和輸出電壓額定值。這些組件并不是針對特殊應用，例如需要幾百伏電壓的X光管，雖然它們所需的電流非常低。這些擁有兩位數電壓的組件主要是針對10到100V范圍的電源所設計，所提供的電流為幾個安培。

為什么是這樣呢？正常情況下，是物理現實(physicalreality)定義了模擬世界。在輸入端，你可能想工作在從汽車電池的12V標稱電壓(通常更高)到48V的電信電源電壓范圍內。在輸出(負載)端，則是執(zhí)行真實的工作并消耗功率。兩個簡單的方程式說明了一切：P=VxI和V=IxR。在線路中，大的IR損耗會因大電流而造成功率的浪費；而讓人更加沮喪的是，較低損耗的導體是一種昂貴的解決方案。

現在，問題來了，究竟是誰需要這種功率呢？以用于視訊相機的以太網絡供電(PoE)為例，以單一應用的角度來看，這種技術完全沒有問題，因為其定義的功耗等級是適中的。然而，假設你還需要為相機的控制變焦(PZT)馬達供電，盡管PZT功能并不是經常需要使用到，但它的臨時功率需求卻遠遠大于相機的功率需求。這個例子一樣可用來說明PoE所面臨的情況：一個簡單的PoE電話是一個適中的負載，而充滿了PoE設備的辦公室卻不是；同時，用12V為汽車提供5到10kW的功率是非常困難的。因此，汽車制造商已經啟用了42V系統。

工程師都知道，最有效傳輸功率的途徑是采用高電壓、小電流。電源工程師在100多年前就已經了解這一點；這就是為何今天所有的輿論都朝向所謂的超低電壓操作，而且研究降低功耗技術也成為一種熱門議題之際，他們仍然持續(xù)提高傳輸線上電壓的最主要原因。

讓工程師這么做的電力定律，也可以讓我們這么做。事實上，模擬IC供貨商已經意識到這種事實，這也是為何他們重金投入較高電壓制程和設計的主要原因，盡管今天幾乎所有與電源領域相關的新聞，都是關于1V操作的組件。

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