在几乎所有的电子产品中，电源通常是最后设计的一个部分。大多数电源都是在各种功率预算确定以后，才在设计末期予以进行。处理器、软体、致动器、显示器、外部设计及介面的选择，必须结合市场区域的需要和产品的功能来考虑。所有这些考量都影响着整体电源设计的成本。一旦这些因素确定下来，设备设计工程师就必须迅速行动，提供具有足够「可延展性」 的稳健设计，以支援下一代产品功能。

电子设计的相关持有成本（cost of ownership）包括设计、原型、批量生产和设计本身持续支持的成本。这个成本的限制范围是高阶成品售价的最大百分比和低阶带有最少资源配置的准架构（bare bones）设计的最低成本。为了使利润率达到最大，拥有成本必需降低，并且保持很低的电源设计成本（包括设备设计人员的前期投入）。本文将探讨电源设计人员在影响电源成本底线方面的角色变化。

《图一 采用整合式FPS控制器的基本脱机式反激式转换器》 - BigPic:850x590

电源设计人员面临的挑战日益增多

当设计进入电源部分时，设备设计工程师往往已经完成其它工作，即使是在过去5U4汞汽整流器（Mercury Vapor Rectifier）、闸流管（Thyratron）、发电机（Dynamotor）和铁磁共振转换器（Ferroresonant converter）流行的日子时就已如此。他们经过各种挫折，从经验教训中获知5U4上可以流过多少电流，或者是6L6的偏置有多困难。以往的解决方案非常简单原始：若管子的玻璃壳熔化塌陷，设计人员即替换新的「真空管」并降低电位便可。

今天的挑战不同于音讯功率放大器中使用之6L6GT「Groove Tube真空管」和5879的时代。竞争的结果是，价格底线越低，利润率与股东的期望值也随之减小，驱使人手和资本投入的资源配置越来越少。通常，「电源团队」的人数是最少的，甚至不存在。针对新的更具进取性的市场策略以及现代业务和成长计画的发展，产品上市时间的要求日益严格，而首选的元件往往是缺少或不适当的元件。此外，全球化使得大规模生产和供应链及交付时间（lead time）方面的工作更受限制。现在，终端应用设计人员没有时间或资源来兼顾设计的各个方面。

在设计和交货周期中，这种模式转移的结果是，IC制造商和设备设计团队/终端设备制造团队之间的关系已变为合作伙伴关系。在IC制造领域，经验丰富的电源设计资深人员成为终端设备设计团队的关键资源。从设计开始就了解专案的时间和资源限制，设计人员常常提供各方面的协助，从元件选择，以至作为第二双眼睛检查原理图，又或即时解决故障问题及进行EMI测试。这种额外的知识库使得设计团队能够避免传统摸索式的学习方法，而且增添审查监督功能，对于细小的疏忽也能进行快速的检查和讨论。因此，这种合作过程能大大缩短开发时间、加快上市速度，以及减小电源的拥有成本，还能够获得更多方面的知识。

降低制程中的拥有成本

为了阐述这一点，本文接着将探讨利用整合式控制器/MOSFET(图一)相对于「简易老式PWM」和分离式MOSFET (图二)的优势。在分离式解决方案中，我们看到了元件数目的增加，由于使用了较多元件，设计阶段和开发时间均会延长，以分离控制器/MOSFET为基础的电源设计就需要更精深的设计经验。所有这些都增加了分离式设计的持有成本，这些超出整合解决方案的成本成为设计人员的种种约束。要真正掌握分离式电源设计，需要对调制器、功率传动系统、磁性元件材料和各种寄生电感有深刻的理解。而整合式解决方案往往透过各种敏感功能的内在化，解决了许多这类问题。这就把二级设计问题简化为少量次要的磁学问题和布线图考虑事项。

身为设计中的合作伙伴，半导体供应商必需推动正确的解决方案来满足既定的上市时间与成本要求，这意味着需要在电路级运作上培训设计团队。只有仔细考虑了设备设计人员对热性能的要求、输入、输出及面积限制后，半导体供应商才能够提出针对性的建议。在这项基本工作之后，半导体制造商可以按需要参与原理图检查、布局图检查以及线上除错进程。最终结果不仅是一个运作良好的电源，而且还能更快推出产品，以及使终端设备设计人员获得在未来设计工作中受益的知识和经验。

《图二 采用分离式MOSFET 和 PWM控制器的传统设计》 - BigPic:850x453

合作伙伴的考虑

必须注意设备设计人员和半导体供应商之间的合作关系有着各种要求和界限。最低限度，双方需要良好的合作关系，因为工作团队可能延伸到设备设计/制造商与半导体供应商的上层管理、市场行销，以至高瞻远瞩的团队。在某些例子中，半导体供应商提供了全面而完善的参考设计，适合于既定的机械、热及电等约束条件。虽然这是合作关系的一个极大优势，也是对资源的充分利用，但最终的设计必须由设备设计人员来掌握。

结论

未来，随着市场愈来愈进入完美的竞争（perfect competition），半导体供应商将提供更多更「完整的参考设计」。他们的投入是强而有力的工具，充分利用各个合作伙伴的不同优势。在与供应商的合作中，设计人员必须时刻考虑到设计的最终拥有权，并且必须透彻了解生产维护、未来设计、安全认证、工程变化顺序，以及那些可能按市场要求在最后一分钟增添的功能等。随着这些合作关系的发展，设备设计人员必须记住最终拥有权在哪一边，并确保所有的合作伙伴对此都有正确的认知以支持电源产品的顺利开发。

---作者为Fairchild快捷半导体芝加哥​​功率设计中心现场应用工程师---