PI Expert软件的低功率AC/DC解决方案

许多应用都需要交流电源供电的隔离式离线切换器，从家用电器到充电电池适配器。从头开始设计这些隔离式AC/DC转换器可能会非常困难，消耗更多时间，而且成本更高。因此，为了使这项工作变得简单，灵活且经济高效，Power Integrations创建了一套工具和资源。除了帮助设计人员以具有竞争力的价格及时为市场开发和构建这些离线AC/DC切换器之外，Power Integrations工具和资源还提高了设计人员在第一次尝试时通过法规要求的机会，从而消除了开发的大部分麻烦和为了实现这一目标，该供应商已准备好两个集成式开关IC系列，即TOPSwitch-JX和TinySwitch-III（TNY253/4/5和TNY274GN或TNY278GN），允许电源设计人员构建AC/DC切换器177 W以下的任何应用。虽然TinySwitch器件专为需要输出功率为25 W或更低功率的AC/DC开关的应用而设计，但TOPSwitch-JX系列专为高达177 W的AC/DC解决方案而设计。用于设计和构建AC/DC切换器使用这两个系列的成员，Power Integrations推出了名为PI Expert的免费设计软件。

低功率AC/DC解决方案

然而，在我们开始探索PI Expert设计软件之前Ë;让我们来看看片上集成的功能，用于切换器IC TinySwitch-III和TOPSwitch-JX。由于TinySwitch专为低于25 W的交流/直流解决方案量身定制，因此我们将首先研究TinySwitch的情况。如图1所示，TinySwitch在单个CMOS芯片上集成了700 V功率MOSFET，振荡器，高压开关电流源，电流限制和热关断电路。根据产品数据手册，启动和运行功率来自漏极电压，因此无需变压器偏置绕组及其相关电路。它的额定功率在265 VAC输入时无负载时仅消耗约80 mW。根据供应商的说法，简单的开/关控制方案也消除了对环路补偿的需求。

其他功能包括无负载时功耗为30至60 mW，115/230 VAC输入，44 kHz工作，以最大限度地降低EMI，同时允许一个简单的缓冲钳，用于限制漏极尖峰电压，以及低成本的铁芯变压器。此外，它还提供自动重启，线路欠压检测和频率抖动。虽然自动重启通过降低短路电流来降低次级元件成本，但线路欠压检测可防止上电或断电期间出现电压故障。它只需要一个电阻器即可实现，从而省去了四个外部元件。频率抖动可降低EMI，从而降低与EMI相关的滤波器元件成本。 TinySwitch还采用了EcoSmart技术，可在轻载或空载条件下将功耗降至100 mW以下。

据供应商介绍，EcoSmart技术使电源装置无论负载如何都能保持高效率，大大降低了待机功耗。从本质上讲，当没有负载时，EcoSmart技术可以有效地关闭电源，从而实现近乎零功耗。

中等功率切换器

用于高于25 W和高达177 W的AC/DC转换，该制造商提供其集成的TOPSwitch-JX系列，用于反激式电源。如图2所示，该系列中的开关IC在单个单片机上集成了725 V功率MOSFET，高压开关电流源，多模PWM控制，振荡器，热关断电路，故障保护和其他控制电路。 CMOS芯片。

图2：TOPSwitch-JX采用了专利的高压CMOS技术，可以经济高效地实现高压功率MOSFET和所有低压控制电路集成在单个单片芯片上。

与TinySwitch一样，TOPSwitch-JX系列还集成了EcoSmart技术，可在265 VAC时保持低于100 mW的空载功耗，在230 VAC时，1 W输入可提供高达750 mW的待机输出功率。因此，通过多模PWM控制，TOPSwitch-JX IC可针对25 W以上和177 W以上的应用在所有负载下实现高转换效率。其他功能包括精确的可编程电流限制，针对线路的优化线路前馈纹波抑制，频率抖动以降低EMI滤波器成本，以及完全集成的软启动以实现最小的启动压力。此外，其132 kHz工作可降低变压器和电源尺寸。但是，它还为那些希望效率稍高但愿意牺牲尺寸和成本的用户提供66 kHz选项。

专家设计软件

使用TinySwitch简化离线AC/DC转换器的设计TOPSwitch-JX IC，Power Integrations开发了一种名为PI Expert的交互式设计软件工具。它是一个自动化的图形用户界面（GUI）驱动程序，它采用电源规格并自动生成围绕上述两个切换器系列中的一个IC设计的电源转换解决方案。事实上，根据供应商的说法，PI Expert为您提供了构建和测试工作原型所需的所有信息。这包括完整的交互式原理图，物料清单（BOM），电路板布局建议和详细的电气参数表此外，它还提供完整的磁性设计，包括磁芯尺寸，匝数，适当的导线厚度和每个绕组使用的平行导线数量。还生成了用于机械组装的详细缠绕指令。此外，该交互式软件工具还提供成本或效率的优化选择，以生成满足特定需求的设计。因此，该程序将设计时间从几天缩短到几分钟。换句话说，在设计人员输入基本设计参数后，例如交流输入电压范围，固定直流输出电压和电流以及开关频率进入PI专家设计向导模板，该软件分析了数千个使用真实数据建模的设计选择，并生成最佳设计选项。每个设计都支持全功能原理图，包括所有必需的子电路，如缓冲和钳位电路，欠压和过压锁定电阻，反馈和偏置元件，输入/输出电容和EMI滤波器。

还为您提供完整的变压器设计，其中包含可随时打印的文档，并可将其发送给您选择的变压器供应商，从而节省时间和金钱。此外，该工具还管理生成的BOM列表。事实上，在最新的PI Expert v9.0中，该软件允许设计人员将生成的BOM导出到Web并将其链接到Digi-Key的分销商零件数据库等分销商。这使设计人员能够快速找到PI Expert软件生成的优化设计组件，包括替换缺货零件的组件。

用户可以通过两种方式访问PI Expert软件：下载或使用在线版。这两个选项都可以在公司网站上找到。要下载该软件，用户必须填写一份表格，其中包含姓名，电子邮件地址，首选语言，公司名称和职位以及地址。在线版本需要创建一个免费且简单的在线帐户。但是，请确保您可以访问Internet浏览器，例如Internet Explorer，Google Chrome或Firefox。

让我们看一下在线套件，作为设计过程的演示。当您在线打开PI Expert时，在满足初始要求后，您将在网站左侧看到一些图标。单击“创建新设计”。您将看到产品组合。选择TinySwitch-III，然后单击“PI Expert”。这将生成一个设计向导模板，如图3所示。该向导为您提供了一些设计选项。虽然固定拓扑是反激式的，但操作频率为132 kHz。另外，它允许您选择包装类型。我选择了常见且易于使用的表面贴装SMD-8。单击向导模板右下角的“下一步”按钮。

图3：PI Expert设计向导模板。

出现另一个需要您的设计向导模板输入电压范围和线路频率。在我们的例子中，它是通用的85 - 265 VAC，50 Hz线路频率。再次单击“下一步”并输入输出电压，电流和功率要求。单击“添加”以输入输出参数。假设所需的直流输出在1.5 A时为12 V.输出电压容差为10％。单击“确定”以在向导模板上查看输出参数。现在有两种选择可供您的设计使用。操作模式可以是仅恒压（CV）或恒压/恒流（CV/CC）。如果您正在构建充电器，您更喜欢CV/CC操作模式。我选择了CV/CC并单击“下一步”。出现了一个带有设计设置的模板。它为您提供文件名和选项，以根据所选的输入/输出参数，频率和IC生成完整的原理图。单击“完成”后，PI Expert软件会建议变压器磁芯的绕组数。单击“确定”。如果设计过程通过，软件会生成一个表，推荐TinySwitch-III系列中的特定器件以及次级二极管。在我们的例子中，它是TNY278GN，Vishay的BYV27-100作为次级二极管（图4）。选择推荐的部件，然后单击“确定”。

图4：通用输入，12 VDC，1.5 A输出AC/DC转换器原理图，由PI Expert软件基于TinySwitch-III部件TNY278GN生成。

PI Expert然后生成使用TNY278GN和BYV27-100部件完成隔离的反激式AC/DC转换器原理图。它还为您提供了生成设计结果，电路板布局，BOM和变压器构造的选项。单击“设计结果”时，它会显示所有输入和设备变量，包括变换器构造参数。同样，当您单击Board Layout时，建议使用完整的布局。同样，BOM提供了精确值和制造商名称所需的外部组件的完整列表。最后，单击Transformer Construction按钮可生成变压器的电气和机械图表，并附有绕线说明和注释。此外，它还提供了变压器结构中使用的铁芯，线轴，胶带，清漆和电线的详细说明。

使用TOPSwitch-JX IC可以对25 W以上的功率水平进行类似的练习。简而言之，像PI Expert这样的免费设计软件使您在设计和构建AC/DC转换器方面的工作变得简单且经济高效，同时加快了流程。因此，设计和构建离线切换器不再令人生畏。