应用最优潮流模型到你的PDN
关键的外卖
PCB中需要仔细的电源传输设计，以确保组件获得稳定的电源。
最优功率流通常用于配电系统设计，但这些想法也可以用于确定PCB中所需的功率。
对于PCB，最佳功率流模型可以帮助您了解PCB PDN的设计要求，以及给定设计的功率分配方式。
您可以将最优功率流的核心概念应用到PCB设计中。
尽管我们希望工程决策是一成不变的，但大多数工程决策都涉及权衡。优化不仅仅是技术营销文案中使用的一个流行词，它是一个深入的数学领域，旨在帮助系统设计师分析不同设计目标之间的权衡。当处理复杂的系统，如集成电路、pcb或整个配电网时，在设计中有许多权衡，最好的设计试图优先考虑重要的设计目标，同时尽可能地找到妥协。
在功率分配方面，没有任何电源可以按需提供无限的功率。您的电源和配电系统需要提供稳定的交流或直流电源PCB或其他电子产品中的组件。确定如何在整个系统中分配功耗是一个使用最优功率流模型描述的优化问题。当使用该模型时，可以确定可以分配多少功率到不同的电路块，以及确定可能需要重新设计的潜在电路块。以下是这个模型可以告诉您关于PCB的信息，以及如何利用这个模型进行电子设计。
最优潮流模型
最优潮流模型通常应用于发电厂和用户，以确定每个发电厂应在何种水平上运行以满足需求。在真正的电网中，电网上的每个工厂都可以生产电力，然后将这些电力分配给系统上的多个负载。确定每个电源应该产生多少电力看起来似乎微不足道，但这实际上是一个复杂的管理问题，旨在防止电力浪费在真正的电网上。
同样的想法也可以应用于PCB设计适用于交流板和直流板。pcb通常只由单一电源供电，除非某些特殊的混合信号板可能需要接收单独的交流电源。然而，电源数量的减少使得功率分配的优化问题的制定更容易。
例子配方
为了更好地理解最优潮流模型，考虑以下优化问题。一个有S个电源的系统必须给L个电路块供电。S个源和L个电路块分布成N个节点M个分支的树状拓扑结构。在确定多电源系统的功率预算时，我们可以制定如下的功率分配问题，以使电源的总输出功率最小:
最小化总输出功率的配电问题
在这里，目标是通过调整系统中每个电路块的电流和电压来确定每个电源所需的电压和电流。在这个问题中，基尔霍夫定律而且欧姆定律内置到优化问题中，使其适用于任何需要在多个电源之间分配电力的系统。
最优潮流模型中的假设
上述模型有一些隐含的假设:
系统中所有导体的直流电阻假定为0欧姆。
每个L电路块中的电压和电流之间的关系允许是非线性的。
假定电源具有线性功率输出，直到其最大额定输出。
所有的源都被认为是直流电源或只有谐波时间依赖关系。
这个问题可以用启发式或进化算法最好地解决，后者用于商业求解器。还有一些开源代码包可以用高变量计数来处理这类问题。
公用事业公司使用这个问题的不同版本来确定如何最好地将多个来源的电力分配到不同的变电站和最终用户。这类问题通常在计算系统中电源的最佳输出功率时考虑电源随机故障的概率。这种方法也可以在设计具有多个源的PCB时实现，或者在将多个PCB连接到一个更大的系统时实现。
验证最优潮流结果
用全套的电路建模和仿真工具，电路设计人员可以验证其系统中各个电路块的功率分布。这种类型的验证过程采用电路的高级视图，其中只考虑较大系统中的功能块，而不是单个组件。这种类型的系统级分析可以执行如下:
设计完每个电路块后，使用一个香料模拟计算将出现在系统中的每个块的功耗。特别是，计算每个电路块上的总电压下降和用于为每个电路块供电的总电流。
创建一个新组件来表示每个块。该组件应具有与其电路块(只是块的电源电压/块电流)相对应的等效阻抗。如果电路块具有非线性响应，则使用SPICE建模应用程序为电路块创建等效直流模型。
将这些块连接到更大的网络拓扑结构中，并为电源添加一个模型。
运行SPICE仿真(直流、瞬态仿真、频率扫描或其他仿真)来计算分配到拓扑中每个块的功率。下图显示了具有N个电路块的示例总线拓扑。
根据特定的功率要求检查每个块的功率分配，以确定它是否会功率过大或不足。
这种总线拓扑结构是PCB设计中最常用的构造PDN的方法。
根据你在步骤3-5中对电源建模的方式，你可能不会得到有实际意义的结果。电源的建模应尽可能接近系统中的真实电源，以确保您的功率流结果在物理上有意义。如果电源没有输出足够的功率，或者在特定的电路块上消耗了太多的功率，则可能需要重新设计电源或电路块，以确保在系统中正确地分配功率。