电源工程师设计全攻略（五）：电源设计工具 - 全文

　　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。

　　3、webench

　　自从德州仪器于1999年推出 WEBENCH 网上设计工具后，设计工程人员便可在数分钟内于网上创建出可靠的电源供电电路，用户只要输入所要求的电路性能， WEBENCH 工具套件便可完成设计。今天，WEBENCH 设计工具可以在数秒间创建和展示出所有符合设计要求的可行方案，包括电源供应器、照明系统和传感电路等，让用户可在决定设计方案前，从系统和供应链的角度比较来自不同设计的数值，而这种专业的分析工具在业内可说是唯一的。

　　所有这些设计工具都可通过 WEBENCH Visualizer 接口提供出多个不同的完整系统选择 （一目了然的数值比较！） ，而设计工程人员只需调校 WEBENCH 优化旋钮便可从大小、效率和系统成本的角度调整结果。。

　　WEBENCH 设计工具中的经济效益系统（Eco-System 是促成这种数值式比较的关键，当中包含超过 110 个不同的组件供货商和电子零件分销商，该 Eco-System 可提供超过 21.000 款组件的电气和物理特性，而且其网上价格和供货数据可每小时更新。目前，WEBENCH 设计工具可支持简体中文、日文和英文三种语言。

　　采用 WEBENCH 设计工具，您只需进行几个步骤便可在数分钟内创建一个设计：

　　定义系统的性能要求，包括光输出、传感器精确度或电压和电流

　　选择您偏爱的 FPGA、LED 或组件供货商

　　在可视荧幕上从大小、成本、效率和简易度检讨最后得出来的完整解决方案

　　分析和调整最后得出来的拓扑和组件供货商

　　打印项目或设计报告或订购短时间付运的完整建模 （Build It） 套件

　　今天决定设计，明天进行组装

　　>配合超过150万个成功设计，使 WEBENCH 设计工具的创意无限。

　　4、SwitcherPro

　　SwitcherPro 软件为您提供电源设计的电路图和布局建议。一旦您运行了软件，您便会注意到窗口左侧的 EVM 设计选项。例如，您会在给出的列表中找到 TPS54331 EVM。图 1 显示了 DC/DC 转换器 TPS54331 的 SwitcherPro 布局建议。图 1 和图 2 所示布局都经过了测试和验证。

　　图 1 SwitcherPro 软件给出的 TPS54331 布局

　　SwitcherPro 工具还为您提供了修改电路要求的机会，甚至可以修改示意图中的组件。通过复制 EVM 设计，然后选择编辑电路选项，便可以进行修改。这样一来，您就可以修改 DC/DC 转换器的输入最小值和最大值，也可以修改输出电压和电流要求。软件还具有一般分析、应力分析、效率分析和回路分析功能，方便您评估电路。

　　为了完成设计，您需要返回到您的评估模块，按照 SwitcherPro 的建议修改各项值，然后对您的新电路进行测试和验证。最后，如果您是在线工作，便可以轻松地同其它人分享您的设计。

　　图 2 SwitcherPro 软件给出的 TSP54331 电路

　　您现在一定可以说：“我能自己进行这种电源设计了！”，的确，经销商会告诉您如何获得正确的软件工具。这样，您的电源设计就在您自己的掌控之下了。
 

　　——下期《电源工程师设计全攻略（六）：电源设计中的EMC及安全防范》 精彩抢先看：1、电源设计中电磁干扰的来源；2、消除或减弱电源电路中电磁干扰的方法。

　　不日上线，敬请期待！