电源工程师设计全攻略（五）：电源设计工具

　　1、SIMetrix/SIMPLIS

　　SIMetrix/SIMPLIS美国Transim公司开发的软件包。它包含两个仿真内核－SIMetrix和SIMPLIS，共用一个原理图编辑界面，界面简单，相对更容易掌握。其中SIMetrix是在SPICE和XSPICE基础上开发出来的混合信号电路仿真器，它和其他SPICE类仿真软件类似，可以精确分析电路元件工作的暂态过程。SIMPLIS是以状态空间法为基础的仿真内核，它的元器件采用分段线性的建模方式，运算效率很高，仿真速度是一般SPICE类仿真软件的10到50倍。并可以直接进行开关电源的小信号分析。适合于电源系统分析，设计和优化。

SIMetrix设计界面

　　SIMetrix SPICE本质上和PSpice等仿真软件相似，此外还它还提供了丰富的分析模式，以AC分析为例，标准SPICE只能进行频率扫描，SIMetrix SPICE可以提供5种扫描模式。例如通过对固定频率下的放大器直流输入电压扫描，查看输入偏置及其增益的关系曲线，或进行放大器源电阻噪声扫描分析给出优化值等等。同时可对电路做蒙特卡罗等分析，优化电路性能。

　　SIMPLIS是“Simulation For Piecewise Linear System”首字母缩写词。专门为开关电源系统的快速建模仿真而设计。SIMPLIS对非线性器件采用分段线性建模，将一个完整的系统定义为线性电路拓扑的循环序列，以描述开关电源系统中半导体器件的开关特性。因此可以取得很高的速度，同样硬件配置下，其仿真速度比SPICE类软件快10到50倍，这一特点是SIMPLIS在工程应用中尤其是电源行业里与其他仿真软件竞争的优势所在。其缺点在于分段线性模型没有利用非线性方程描述的SPICE模型精确，因此在模拟实际电路波形方面，如开关电流，电压尖刺等开关暂态过程可借助SIMetrix。 SIMPLIS具有两种独有的分析模式，POP（Period Operating Point）分析和AC分析。POP分析是一种快速确定开关电源稳态工作点的算法。在这种分析模式下，电路无需进行较长时间电路启动瞬态仿真，就可快速确定开关系统的稳态工作点。它比通常意义上的瞬态仿真快100倍以上。大幅缩短了仿真时间。 SIMPLIS另一个非常突出的特点是可直接对开关电源进行小信号分析。我们知道传统的静态频率扫描方法并不适用于开关电路。通常设计人员需要再次解析开关电源的状态方程建立平均模型，建模难度较大，要求工程设计人员具备较好的拓扑分析和控制理论基础。SIMPLIS的AC分析不需要获得平均模型即可得到频域响应，它模拟真实硬件电路的扫频测量方法。在创建好的原理图中加入AC扰动源即可进行小信号分析。其分析过程可简单描述为首先开始POP分析，计算出系统的稳态工作点，然后进行小信号扫描，得出所需频域曲线。

　　2、PI Expert Suite

　　PI Expert 是PI公司推出的一款用于单片开关电源的计算机辅助设计软件，也称为PI Expert专家系统，目前的版本是9.0。它能根据设计人员的要求，在输入了一系列技术指标以后，自动生成电路拓扑、设计结果、材料清单、PCB布局、变压器参数和结构等。在1-5分钟内，就可以完成一款单片开关电源的设计工作。目前支持的单片IC有以下六大类：

　　TOPSwitch-GX PeakSwitch TinySwitch-II TinySwitch-III DPA-Switch

　　LinkSwitch-II PI Expert Suite 9.0。新版软件现在增加了对其LinkSwitch™-PL和LinkSwitch-PH LED驱动器IC以及近期推出的TinySwitch™-4离线式开关IC产品系列的设计支持。V9.0还附带一款增强的电路原理图处理工具，借助这个工具，设计师可将自动生成的电路原理布局图所创建的最终BOM上传至选定、可满足设计需求的领先分销商。

　　PI Expert：是自动化的图形用户界面（GUI）程序，它可以根据用户的电源规格参数，自动生成围绕Power Integrations某一IC产品系列的电源转换方案。PI Expert可提供构建和测试工作原型所需的所有必要信息。这些信息包括完整的交互式电路原理图、物料清单（BOM）、电路板布局建议以及详细的电气参数表。PI Expert还可提供完整的变压器设计，包括磁芯尺寸、线圈圈数、适当的线材规格以及每个绕组所用的并绕线数。此外，还可生成详细的绕组机械装配说明。该程序可以将设计时间从数天缩短至几分钟。

　　· PI Xls Designer：PI Xls Designer是基于设计表格的应用程序，能让电源设计师在设计过程中获得更多的控制。同时，也提供包括详细的绕组机械装配说明在内的变压器构建支持。 PI Xls Designer根据您提供的有关输入、输出以及其他所有必需的设计规格来执行所有必要的计算，以设计和评估采用Power Integrations的IC的电源转换方案。