电源在线设计工具评测，总有一款适合你

电源设计工程师以往在设计一款电源时，选型和电路设计与评估会占用大量时间。由于电源设计会牵扯到EMI、效率、性能及成本等方方面面，再加上设计周期的不断缩减，因此工程师很难有充分的时间选择一款最适合自己的产品。

尽管有离线的各类强大的评估工具及软件，但离线工具相对复杂，且缺乏有效的及时更新。如今随着云计算的兴起，各大电源厂商都开发出基于网络的在线设计工具，这可以大大简化工程师在电源设计初期进行选型及评估的时间，增强了工程师的设计效率。

以下我们选择三家电源设计厂商的在线设计工具，以实际案例来评测一下各家的特点。

我们准备做一款输入85-265V、输出5V/2A反激式电源，做一下横向评测，本文只代表个人意见，考虑到具体应用场合不同，还希望读者可以亲自尝试。

罗姆在线设计工具

首先我们关注的是罗姆在线设计工具：ROHM AC/DC Designer。 

在罗姆官网导航栏依次点击产品信息、IC、电源管理、AC/DC转换器即可找到该工具。在下图粉框位置输入我们所需的参数，点击Search按钮，进入下一步参数搜索。



顾名思义，既然是参数搜索，用户可以选择输入自己的筛选条件，得到更精准的目标设计，也可以选择不输入任何参数，给自己更多的选择空间。



继续向下浏览，可看到根据参数设置、筛选条件过滤出来的符合条件的器件列表，选择满足你设计需求的器件。为此，我们选择一款带过压保护（重启）的器件 BM2P014，点击列表中的红色按钮，弹出下图所示对话框，继续点击Design按钮，即可获得设计结果。



设计结果默认以原理图展示给用户，用户可根据自己需求选择“计算重置”、“BOM列表”、“变压器规格书”、“设计结果”、“下载设计选项”，查看并下载相应的文档，辅助设计。



总结一下，使用罗姆在线设计软件的整体感受：操作便捷，简单几步就可以生成一个外围元件简洁的设计方案，用户结合数据手册能设计出稳定可靠的电源。

TI WEBENCH

接下来，我们来体验TI WEBENCH® Power Designer。



WEBENCH相对而言比较容易找到，通过TI官网导航栏，依次点击设计资源、WEBENCH Power Designer，即可进入设计界面。需要注意的是：使用该工具，用户需要提前注册myTI 账号。

与罗姆工具在产品页不同，WEBENCH拥有独立的工具界面，通过左侧导航栏，可以方便地进行语言切换。



在左上角输入栏中，选择电源类型为AC，根据设计需求设置参数：输入电压范围、输出电压、输出电流，同时在设计注意事项里，根据具体应用场合选择平衡、低成本、高效率、小尺寸，然后点击VIEW DESIGNS按钮即可进入设计结果页。



根据我们的设计需求，我们得到了114个参考设计，从中选择了如下方案：效率82.8%、Flyback、UCC28740的方案。



在元器件信息提供方面，WEBENCH很友好，用户通过点击原理图中任何一个元件，都可以看到详细的参数与规格，同时还提供了替代选项，用户可以找到其他半导体厂商的替代器件。



最后，点击导出，可以输出我们所需方案的原理图、BOM、图和运行值，辅助设计。

总结一下，使用TI WEBENCH的总体感受：设计方案比较人性化，标识明确，容易上手。用户设计一款符合要求的开关电源相对容易一些；原理图元件参数提供的非常详细，可以让用户很明确地知道每个器件的参数指标。输出设计文档还有测试数据，例如：电流与温升，输出电流与效率，输出电流与占空比曲线图，非常完善；设计案例非常多，可选择空间也大。

PI Expert



最后，我们来体验下 PI Expert。由于PI 本身专注于开关电源方案，所以用户在PI首页即可找到该设计工具，且中英文双语界面，让用户使用起来更方便。需要注意的是：使用该工具，用户需要提前注册PI 账号。



我们点击开始设计，即可进入设计界面。



左边第1部分是器件列表，用户可以根据对PI产品的熟悉程度选择产品系列。中间第2部分是功能筛选，用户可以根据自己应用场景让系统推荐设计方案。右侧第3部分是开启后续PI Expert设计工具按钮。右侧第4部分是”PI XLS”高频变压器设计按钮。下面我们以PI TinySwitch系列为例，点击PI Expert开启我们的设计。

第一步，设置选项



方框里面参数用户可以自主选取的，我们选择DIP封装、频率为132kHz的、适配器类型（这样做为了适应散热不畅或者高温环境，用户可根据需要选择开放式设计）、反馈方式为次级TL431，点击“next”在弹出的页面设置一下输入电压，我们选择通用。继续下一步。



接下来，进入输出电压设置界面，点击“ADD“按钮，弹出对话框，用户能够设定输出电压、电流参数、输出电压精度，该部分可以允许多路输出电压，方便多输出电压用户使用。在下方还可以设置总峰值功率、工作模式、连续功率等，在这里我们选择CV模式，点击”NEXT”进入下一步。



在设计设置界面，设置设计名称、默认元件集、起始项、屏蔽层（默认不含屏蔽）和单位（默认美规）。



点击“finish“之后弹出TinySwitch系列一共有六个解决方案



“OK“确认之后弹出六个方案如下：



我们选择第一个方案并确认。



弹出界面比较简洁的，原理图放大缩小可以通过鼠标滚轮实时放大缩小。

左测“1“栏为参数设置框，如：输入输出电压修改、变压器设计、钳位吸收电路的设计、输入输出滤波电路、环路补偿设计等等，用户可以根据自己情况进行配置。如下图所示，是钳位电路的设计修改。



我们点击钳位电路之后弹出界面，用户可以很方便的选择钳位电路的吸收方式。我们选择“RCD吸收“方式，原理图迅速跟随变化，且原理图变压器的引脚也有编号。



中间部分包含原理图、设计结果、电路板布局、BOM，变压器构造以及设计注意事项。设计结果输出有助于帮助用户校对确认设计参数。



PCB布局最大限度降低用户设计难度，快速完成layerout的设计工作。



变压器设计包含电特性原理图，绕制结构图，绕组说明以及电特性测试规则等信息。



此外，在原理图右侧，PI还提供了相关器件的数据手册、设计范例、应用笔记等参考资料。右上方还有设计告警提示，可以实时发现设计中出现的问题。最后我们点击File下拉菜单，输出设计结果。



接下来我们再体验下PI Xls高频变压器设计功能。这个选项更加适合于有一定电源设计经验的用户使用。对于变压器设计中相关参数的更改更加简单易行，让设计者体会到“变压器实时优化所见即所得”的效果。



变压器设计页面分两部分，左侧第1部分是高频变压器参数设计菜单，可以对变压器的物理参数进行编辑，右侧第2部分主体部分，主要对高频变压器电气设计部分进行调整。



比如,我们选择“引脚分配选项”，用户能够编辑分配变压器的引脚。



有时我们为了有更好的EMC表现，普通设计可能满足不了我们要求，这时就需要加一层屏蔽层来进一步提升高频变压器的特性。我们可以这样做，选择“屏蔽”弹出的选择项勾选并确认。



确认之后变压器就多出来了两层屏蔽层，这对改善电磁兼容性是非常有利的。



右侧主体部分是关于变压器电气参数设计方框，灰色部分需要用户填写，如果不填，系统会按照默认值进行设计。

本例电气参数（AC-85-265V输入：5V/2A输出）刚好是我们想要的。这边我们直接输出变压器参数。“变压器构造”详细说明了高频变压器的电气示意图，绕制结构图，绕制制作说明，材料，电气测试项等，所见即所得。



关于“变压器参数”选项，反激式开关电源高频变压器有一个加工问题，PI也给了用户一个明确的数据——气隙，这个参数一般设计在0.1-0.3mm区间比较合适，主要是防止磁饱和以及用于调整初级绕组电感量。小于0.1mm气隙太小不好制作出来，气隙太大磁芯磁阻增加，变压器效率降低，还容易起引起音频噪声等。



“PIXLs 表”主要描述在全电压范围内的负载曲线



附件有本例变压器设计数据输出。

综上所述，我们也归纳一下PI Expert的体验感受。极其详细的设计流程赋予了工程师极大的设计灵活性。会产生与最终设计更加接近的原始设计。甚至可以直接利用其产生的变压器、BOM、原理图文件进行样机制作。正如PI官方的宣传口号：您只需确定优先次序，效率、性能和成本的优化请交给PI Expert。PI给予了工程师最大的优化灵活性，支持可调参数范围，可以选择按成本、效率、磁芯体积或热性能来确定优化的优先次序。具体设计则由PI根据多年来所积累的电源know how自动计算。

除此之外，PI Expert允许用户对优化引擎进行限制，以按照用户的喜好根据某些特定参数值的范围进行优化。举例来说，该功能在用户想使用引擎给出的功率值，但需在设计过程中作出谨慎决定时，就非常有用。例如，可以要求引擎检验优化路线，但将VOR和/或KP限定为一个特定值。引擎将检验多个迭代设计，根据强加的限制条件提供最佳解决方案。当然在有些情况下，如果对引擎施加过多的限定条件，有可能造成引擎优化不出所希望的优化结果。

总结

整体而言，三家厂商在线设计工具都能大大助力电源设计开发，缩短设计周期，并依托各自丰富的设计经验，提供了诸多当下流行的、靠谱的电源设计方案。尤其是PI，不仅兼顾到了初级工程师的设计体验，提供了完善的设计方案，同时还为资深电源工程师开放了所有元件的编辑接口，支持定制化设计。希望这些在线设计工具可以帮助工程师们进行有效快捷的产品选型及评估，真正缩短产品的设计周期。