固態(tài)硬盤電源架構(gòu)優(yōu)化

圖4：最小尺寸SSD電源解決方案效率。

圖5：最小尺寸SSD電源解決方案響應(yīng)時(shí)間。

第三種SSD電源解決方案要求在全部負(fù)載范圍均擁有最高的效率。在服務(wù)器環(huán)境下，這種要求極為重要，因?yàn)檫@種使用環(huán)境的散熱和電力成本開銷是一個(gè)大問題，但卻可以使用稍大尺寸的解決方案。幸運(yùn)的是，最小尺寸電源解決方案包含有一種功能，其選擇器件的開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)最小解決方案尺寸或者最高效率。如果以最高開關(guān)頻率工作(同第二個(gè)例子一樣)，解決方案尺寸絕對(duì)的最小。但是，功率級(jí)的開關(guān)損耗會(huì)因高工作頻率而增加，導(dǎo)致效率降低。如果工作在最高效率模式下，則解決方案尺寸變?yōu)?5 mm2，最大高度為1.4 mm。圖6-7顯示了這種最高效率解決方案的效率和響應(yīng)時(shí)間。

圖6：最高效率SSD電源解決方案的效率情況。

圖7：最高效率SSD電源解決方案的響應(yīng)時(shí)間情況。

圖8和表1顯示了這三種解決方案的對(duì)比情況：

圖8：全功能、最小尺寸和最高效率解決方案的效率對(duì)比。

表1：全功能、最小尺寸和最高效率解決方案的性能對(duì)比。

這三種SSD電源解決方案具有截然不同、明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。全功能解決方案可嚴(yán)格控制電磁干擾，其為某些應(yīng)用的基本要求。另外，它還具有較高的效率，特別是在負(fù)載電流更強(qiáng)時(shí)。但是，當(dāng)負(fù)載減小時(shí)效率逐漸降低，并且解決方案尺寸(面積)和高度比其它兩種解決方案要大。在有嚴(yán)格EMI規(guī)定或者輻射要求的應(yīng)用中，或者在不要求小尺寸的情況下，它是一種完全可以接受的解決方案。

最后兩種解決方案經(jīng)過優(yōu)化后，可以實(shí)現(xiàn)最高性能的SSD系統(tǒng)。相比全功能解決方案，最小尺寸解決方案和最高效率解決方案的響應(yīng)時(shí)間更短、電壓更低。這讓主機(jī)ASIC可以在沒有SMPS輸出電壓的情況下更快地啟動(dòng)SSD，并且更加迅速地對(duì)其進(jìn)行讀寫操作，從而留出調(diào)整窗口，觸發(fā)系統(tǒng)重置。在這兩種解決方案中，對(duì)于要求絕對(duì)最小解決方案尺寸的SSD而言，最小尺寸解決方案為理想選擇。這樣，可以為SSD系統(tǒng)的其它元件留出最大的面積，可帶來更大存儲(chǔ)容量的SSD。如果可以使用稍大尺寸的SMPS解決方案，則最高效率解決方案可實(shí)現(xiàn)比全功能解決方案更高的效率，同時(shí)僅占用其一半的面積。強(qiáng)負(fù)載電流下，它的效率不受SMPS本身的限制，但卻受限于所選擇的電感(例如：Coilcraft LPS4414-332)。更大負(fù)載時(shí)，電阻損耗(電感DCR和MOSFET Rds-on)超過了頻率依賴型損耗。因此，隨著負(fù)載增加，低開關(guān)頻率工作的效率優(yōu)勢被削弱。使用更低DCR的大尺寸電感時(shí)，最高效率解決方案的效率在整個(gè)負(fù)載范圍都超過了全功能解決方案的效率。同第三個(gè)例子一樣，它在大負(fù)載條件下的效率與全功能解決方案相當(dāng)，但解決方案尺寸和高度卻僅為其一半。

SSD設(shè)計(jì)師們面對(duì)的一個(gè)終極挑戰(zhàn)是為不同容量的SSD設(shè)計(jì)電源，其要求電流大小隨容量變化而不同。如果某個(gè)SSD僅需要500mA電流，則3A的SSD電源就超出了設(shè)計(jì)需要，并且成本也過高。不同容量的SSD需要使用一種可調(diào)型電源，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)重用，并降低全新SMPS設(shè)計(jì)相關(guān)的NRE成本。幸運(yùn)的是，最小尺寸解決方案和最高效率解決方案所使用的SMPS IC，均可以與高低負(fù)載電流版本實(shí)現(xiàn)針腳對(duì)針腳的兼容。在設(shè)計(jì)更小容量的SSD時(shí)，可以使用小電流SMPS IC，以達(dá)到降低材料清單成本的目的。同樣，使用大電流SMPS集成電路版本，可馬上增加SMPS的輸出電流能力，以為更大容量的SSD供電。

結(jié)論

在確定電源時(shí)，固態(tài)硬盤系統(tǒng)設(shè)計(jì)師需要謹(jǐn)慎考慮其設(shè)計(jì)目標(biāo)。SSD是否會(huì)被用于高度穩(wěn)定、對(duì)電磁干擾敏感的環(huán)境(例如：醫(yī)院等)?是否需要SSD完全匹配機(jī)械硬盤的體積因數(shù)和尺寸，從而達(dá)到直接替換掉機(jī)械硬盤的目的?SSD是否會(huì)被用于服務(wù)器機(jī)房，并且那里的電價(jià)不斷飆升?我們必須根據(jù)這些考慮因素(電磁干擾、尺寸和效率)，在三種不同類型的優(yōu)化版SSD電源解決方案之間進(jìn)行平衡與折中。在考慮到這些設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，最佳的開關(guān)式電源可使固態(tài)硬盤獲得最高的性能，并滿足許多應(yīng)用的需求。