在幾乎所有的電子產品中，電源通常是最後設計的一個部分。大多數電源都是在各種功率預算確定以後，才在設計末期予以進行。處理器、軟體、致動器、顯示器、外部設計及介面的選擇，必須結合市場區域的需要和產品的功能來考慮。所有這些考量都影響著整體電源設計的成本。一旦這些因素確定下來，設備設計工程師就必須迅速行動，提供具有足夠「可延展性」 的穩健設計，以支援下一代產品功能。

電子設計的相關持有成本（cost of ownership）包括設計、原型、批量生產和設計本身持續支持的成本。這個成本的限制範圍是高階成品售價的最大百分比和低階帶有最少資源配置的準架構（bare bones）設計的最低成本。為了使利潤率達到最大，擁有成本必需降低，並且保持很低的電源設計成本（包括設備設計人員的前期投入）。本文將探討電源設計人員在影響電源成本底線方面的角色變化。

《圖一　採用整合式FPS控制器的基本離線式反激式轉換器》 - BigPic:850x590

電源設計人員面臨的挑戰日益增多

當設計進入電源部分時，設備設計工程師往往已經完成其它工作，即使是在過去5U4汞汽整流器（Mercury Vapor Rectifier）、閘流管（Thyratron）、發電機（Dynamotor）和鐵磁共振轉換器（Ferroresonant converter）流行的日子時就已如此。他們經過各種挫折，從經驗教訓中獲知5U4上可以流過多少電流，或者是6L6的偏置有多困難。以往的解決方案非常簡單原始：若管子的玻璃殼熔化塌陷，設計人員即替換新的「真空管」並降低電位便可。

今天的挑戰不同於音訊功率放大器中使用之6L6GT「Groove Tube真空管」和5879的時代。競爭的結果是，價格底線越低，利潤率與股東的期望值也隨之減小，驅使人手和資本投入的資源配置越來越少。通常，「電源團隊」的人數是最少的，甚至不存在。針對新的更具進取性的市場策略以及現代業務和成長計畫的發展，產品上市時間的要求日益嚴格，而首選的元件往往是缺少或不適當的元件。此外，全球化使得大規模生產和供應鏈及交付時間（lead time）方面的工作更受限制。現在，終端應用設計人員沒有時間或資源來兼顧設計的各個方面。

在設計和交貨週期中，這種模式轉移的結果是，IC製造商和設備設計團隊/終端設備製造團隊之間的關係已變為合作夥伴關係。在IC製造領域，經驗豐富的電源設計資深人員成為終端設備設計團隊的關鍵資源。從設計開始就瞭解專案的時間和資源限制，設計人員常常提供各方面的協助，從元件選擇，以至作為第二雙眼睛檢查原理圖，又或即時解決故障問題及進行EMI測試。這種額外的知識庫使得設計團隊能夠避免傳統摸索式的學習方法，而且增添審查監督功能，對於細小的疏忽也能進行快速的檢查和討論。因此，這種合作過程能大大縮短開發時間、加快上市速度，以及減小電源的擁有成本，還能夠獲得更多方面的知識。

降低製程中的擁有成本

為了闡述這一點，本文接著將探討利用整合式控制器/MOSFET(圖一)相對於「簡易老式PWM」和分離式MOSFET (圖二)的優勢。在分離式解決方案中，我們看到了元件數目的增加，由於使用了較多元件，設計階段和開發時間均會延長，以分離控制器/MOSFET為基礎的電源設計就需要更精深的設計經驗。所有這些都增加了分離式設計的持有成本，這些超出整合解決方案的成本成為設計人員的種種約束。要真正掌握分離式電源設計，需要對調製器、功率傳動系統、磁性元件材料和各種寄生電感有深刻的理解。而整合式解決方案往往透過各種敏感功能的內在化，解決了許多這類問題。這就把二級設計問題簡化為少量次要的磁學問題和佈線圖考慮事項。

身為設計中的合作夥伴，半導體供應商必需推動正確的解決方案來滿足既定的上市時間與成本要求，這意味著需要在電路級運作上培訓設計團隊。只有仔細考慮了設備設計人員對熱性能的要求、輸入、輸出及面積限制後，半導體供應商才能夠提出針對性的建議。在這項基本工作之後，半導體製造商可以按需要參與原理圖檢查、佈局圖檢查以及線上除錯進程。最終結果不僅是一個運作良好的電源，而且還能更快推出產品，以及使終端設備設計人員獲得在未來設計工作中受益的知識和經驗。

《圖二　採用分離式MOSFET 和 PWM控制器的傳統設計》 - BigPic:850x453

合作夥伴的考慮

必須注意設備設計人員和半導體供應商之間的合作關係有著各種要求和界限。最低限度，雙方需要良好的合作關係，因為工作團隊可能延伸到設備設計/製造商與半導體供應商的上層管理、市場行銷，以至高瞻遠矚的團隊。在某些例子中，半導體供應商提供了全面而完善的參考設計，適合於既定的機械、熱及電等約束條件。雖然這是合作關係的一個極大優勢，也是對資源的充分利用，但最終的設計必須由設備設計人員來掌握。

結論

未來，隨著市場愈來愈進入完美的競爭（perfect competition），半導體供應商將提供更多更「完整的參考設計」。他們的投入是強而有力的工具，充分利用各個合作夥伴的不同優勢。在與供應商的合作中，設計人員必須時刻考慮到設計的最終擁有權，並且必須透徹瞭解生產維護、未來設計、安全認證、工程變化順序，以及那些可能按市場要求在最後一分鐘增添的功能等。隨著這些合作關係的發展，設備設計人員必須記住最終擁有權在哪一邊，並確保所有的合作夥伴對此都有正確的認知以支持電源產品的順利開發。

---作者為Fairchild快捷半導體芝加哥功率設計中心現場應用工程師---