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ADIsimPower 提供稳定可靠的、可定制 DC-DC 转换器设计

2079478 2021-01-20 | pdf | 493.57KB | 次下载 | 2积分

资料介绍

作者：Matt Kessler

简介

无论是新手还是专家，DC-DC 转换器设计人员都会面临海量的电源管理1 IC 选择。要找到特性、性能、集成度和价格的最佳组合十分困难，实际设计工作会非常棘手。ADI simPowerTM2旨在简化 IC 选择过程，并提供构建最佳 DC-DC 转换器所需的信息。

大部分 DC-DC 选型指南只是根据给定的一组输入，将用户直接导向可行的开关调节器3、开关控制器4和线性调节器5，而不提供对选定特定器件时所做的取舍进行量化的方法。ADIsimPower 则不同，它允许设计人员考察电源转换的各种取舍关系和设计复杂性。这款新工具提供智能化选型指南和全面的设计辅助，它可根据用户的尺寸、功效、成本、器件数量或上述参数组合的确切要求，产生稳定可靠的优化设计。

ADIsimPower 选型和设计流程包括四步：1. 输入设计标准；2. 查看所有设计解决方案；3. 查看解决方案详情；4. 构建完成设计。流程结束时，ADIsimPower 将提供定制的原理图、含供应商产品型号和价格的材料清单 (BOM)、效率图、性能规格、闭环传递函数以及快速构建设计的方法。

输入设计标准

ADIsimPower 的第一页包括如下用户输入字段：最小输入电压、最大输入电压、输出电压、输出电流和最大环境温度；各参数的上下限显示于相应文本框下方。填好这些参数之后，按下“查找解决方案”按钮可查找适合此应用的推荐解决方案。用户如果知道要使用 ADI 公司的哪一款电源管理器件，可以点击“选择IC”。这将激活一个下拉菜单，其中列出了当前支持的电源管理 IC。选取一个器件之后，用户将直接转到“查看解决方案详情”。

查看所有设计解决方案

ADIsimPower 的第二阶段是帮助用户选择最符合设计要求的器件。为清楚起见，页面上方重复显示了第一阶段的设计输入参数。下面是“推荐解决方案”，它按照以下标准列出各种推荐解决方案的 IC 和拓扑结构：成本最低、尺寸最小、器件最少和功效最高。推荐方案基于整个 DC-DC 转换器设计，包括电源管理 IC、电感、电容、电阻、MOSFET 和二极管。

“推荐解决方案”下面是一张表，它按顺序列出每种可用 IC的解决方案成本、尺寸、功效和器件数量，让用户不必用各器件进行单独设计就能了解各种设计的取舍优势。各列都可以排序，以突出最重要的取舍考量。表格右方是特性列表。若要扩展或合并此列表，请点击“显示全部特性”或“显示默认特性”。点击相应的复选框可以选择或取消选择一项特性。请选择应用需要的所有特性。不包括所选特性的 IC 将从此表中和推荐解决方案中移除。

选好特性、性能、集成度和成本达到最佳平衡的 IC 之后，点击相应的“查看解决方案”按钮。如果此按钮未激活，则表示 ADIsimPower 暂不提供全面设计支持。请点击 IC 名称，查看数据手册和其它信息。点击“下载设计工具”可获得基于Excel 且可以在本地运行的设计工具。

查看解决方案详情

在这一阶段，ADIsimPower 产生并显示完整的设计，包括定制的原理图、详尽的材料清单以及工作参数、功耗和最高温度预估。开关转换器设计还会显示功效图和损耗图，某些情况下还会给出闭环传递函数。

为清楚起见，页面上方重复显示了原始输入参数；如果更改设计参数，页面上方也会相应更新。点击“修改高级设置”将打开一个窗口，用户可以在其中修改许多设置，包括但不限于：精度、最大元件高度、峰峰值输出电压纹波、输入滤波器要求、负载瞬态响应、电感纹波电流和 MOSFET 供应商偏好（根据器件选择情况，可能只显示这些特性的一部分）。

ADIsimPower 与其它 DC-DC 转换器设计工具的一个不同之处，就是能够修改这些设置。不难理解，这样安排的目的是让电源设计新手感觉轻松，但高级设置正是电源设计专家希望在设计中加以控制的一类参数。

该页面的下一部分含有多个选项卡，用来指定各种重要的设计参数。同样，这些选项卡中的信息因所选 IC 而异，但常用选项卡包括工作参数预估、功耗预估和温度预估。所有参数都会显示最低输入电压和最高输入电压两种情况下的值。工作参数预估选项卡包括 PWM 占空比、峰峰值输出电压纹波和峰值电感电流等参数。功耗预估选项卡显示各高损耗元件的功耗。温度预估选项卡显示与功耗预估选项卡中的损耗相关的各元件温度。功耗和温度计算所使用的参数值中，决定功耗的许多参数取最差情况值，以确保设计稳定可靠。

下一部分显示完整的定制原理图，包括参考名称和引脚编号。

接下来是“材料清单”。其中可能有多个元件可以编辑，其项目编号显示为橙色。点击项目编号可以看到一个列表，它包括符合相关要求，可用于设计的其它元件。列标题因元件类型而异。典型标题包括制造商、产品型号、功耗 (W)、面积(mm2)、高度 (mm)、成本 ($)，以及反映元件特征及其在电路中如何工作的其它特性。这样，用户可以继续权衡性能、尺寸和成本，以便全面定制设计。每列都可以排序，从而清楚显示更改元件的量化得失。如果选择新元件，ADIsimPower 将利用所选元件重新设计，确保仍能满足所有要求。

材料清单之后是“图形”部分，可能包括效率图、损耗图和闭环传递函数（波特图），所有图形都会显示最低输入电压和最高输入电压两种情况。效率和损耗曲线对应于许多高损耗参数取最差情况值时的损耗。这种最差情况分析一般贯穿于整个ADIsimPower 设计流程。其目的是让用户确信：该工具所提供的设计稳定可靠，能适应所有元件误差、环境温度范围和其它电路变化。这款工具所提供的设计远远超出了基本解决方案的范畴。

在“查看解决方案详情”阶段，每部分的上方均为各种设计标准（最低成本、元件数量、功效和尺寸）的单选按钮。如果选择新的单选按钮，该工具将根据新的设计标准完全重新设计电路，先前所做的所有 BOM 更改也将作废。确定最终设计之后，请点击“构建此解决方案！”。

构建完成设计

本页的第一部分是适合上一阶段所选 IC 的评估板图片。订购评估板和 IC 的链接位于评估板图片右方。图片下面是与整个评估板相对应的原理图。请注意，本部分的原理图与评估板相对应，通常支持许多不同的配置。原理图上，各元件旁边显示元件值和封装符号，这将有助于构建电路板。许多元件都会显示 No Pop，表示此特定设计不需要该元件。原理图下面是材料清单，它同样是适用于评估板。清单会列出所有元件，以便在填充电路板时进行核对。与“查看解决方案”部分的原理图和材料清单相比，本部分的原理图和材料清单可能更长、更复杂，更能代表最终设计。材料清单下面是评估板的顶部装配图、底部装配图和 PCB 所有各层的图片。简言之，本阶段提供构建完成 ADIsimPower 中创建设计所需的一切。

点击相关链接，用户可以将“构建完成设计”和“查看解决方案详情”部分的相关信息下载下来或通过电子邮件发送，内容格式类似于用户在网页上与工具交互时所看到的格式。

器件数据库

ADIsimPower 使用的器件数据库包括 3000 多个唯一产品型号，其中有电感、MOSFET、二极管、电容和电源管理 IC。显然，每种类型的器件都有寄生效应，导致它不能以理想的方式工作。因此，为了获得稳定可靠的电源设计，必须考虑这些影响。虽然许多寄生效应特性都没有在数据手册上得到详尽说明，但 ADIsimPower 的架构师和开发者已从器件制造商那里获得了这些未公布的信息。这款工具考虑的非理想行为包括但不限于：

电容：电容随施加电压的变化 (dC/dV)，ESR 随开关频率的变化 (dC/dT)。

电感：内核损耗和集肤效应损耗与开关频率的函数关系。二极管：正向电压随正向电流的变化 (dVf/dI)，正向电压随温度的变化 (dVf/dT)，寄生电容随施加电压的变化(dC/dV)。

MOSFET：导通电阻随温度的变化 (dRds(on)/dT)，导通电阻随所施加的栅极-源极电压的变化 (dRds(on)/dVgs)，寄生电容（Coss、Crss、Ciss）随施加电压的变化 (dC/dV)。

以上只是 ADIsimPower 设计所考虑的许多非理想器件行为中的最一般行为。无论是经常使用 ADIsimPower 的用户，还是初次使用该工具的用户，均会发现其设计结果十分稳定可靠，接近生产水平，符合人们对设计工具的最高期望。

结束语

无论是新手还是专家，均可借助 ADIsimPower 找到特性、性能、集成度和成本的最佳组合 IC，获得最适合特定应用的DC-DC 转换器设计方案。通过“查看所有设计解决方案”部分的智能选型指南，用户可以看到一般需要完成全部设计才能知道的各种方案得失。该工具的第三部分是“查看解决方案详情”，允许用户编辑器件并调整高级特性，从而获得更加稳定可靠、详尽完善的设计。最后阶段是“构建完成设计”，提供构建评估板所需的全部信息，以便评估设计。ADIsimPower是一款与众不同的 DC-DC 电压调节器设计与选型工具，可根据各种独特应用的要求，提供稳定可靠且真正优化的开关控制器、开关调节器和 LDO 设计。

作者简介

Matt Kessler [matt.kessler@analog.com] 是电源管理产品应用工程师，隶属位于美国科罗拉多州科林斯堡的客户应用小组，负责为广泛的产品和客户提供技术支持。他也是 ADIsimPower 最早的架构师兼开发者之一。Matt 拥有德克萨斯大学达拉斯分校电子工程学士学位，目前正在攻读科罗拉多州立大学电子工程硕士学位。他于 2007年加入 ADI 公司。