許多應(yīng)用都需要交流電源供電的隔離式離線(xiàn)切換器，從家用電器到充電電池適配器。從頭開(kāi)始設(shè)計(jì)這些隔離式AC/DC轉(zhuǎn)換器可能會(huì)非常困難，消耗更多時(shí)間，而且成本更高。因此，為了使這項(xiàng)工作變得簡(jiǎn)單，靈活且經(jīng)濟(jì)高效，Power Integrations創(chuàng)建了一套工具和資源。除了幫助設(shè)計(jì)人員以具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格及時(shí)為市場(chǎng)開(kāi)發(fā)和構(gòu)建這些離線(xiàn)AC/DC切換器之外，Power Integrations工具和資源還提高了設(shè)計(jì)人員在第一次嘗試時(shí)通過(guò)法規(guī)要求的機(jī)會(huì)，從而消除了開(kāi)發(fā)的大部分麻煩和為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，該供應(yīng)商已準(zhǔn)備好兩個(gè)集成式開(kāi)關(guān)IC系列，即TOPSwitch-JX和TinySwitch-III（TNY253/4/5和TNY274GN或TNY278GN），允許電源設(shè)計(jì)人員構(gòu)建AC/DC切換器177 W以下的任何應(yīng)用。雖然TinySwitch器件專(zhuān)為需要輸出功率為25 W或更低功率的AC/DC開(kāi)關(guān)的應(yīng)用而設(shè)計(jì)，但TOPSwitch-JX系列專(zhuān)為高達(dá)177 W的AC/DC解決方案而設(shè)計(jì)。用于設(shè)計(jì)和構(gòu)建AC/DC切換器使用這兩個(gè)系列的成員，Power Integrations推出了名為PI Expert的免費(fèi)設(shè)計(jì)軟件。

低功率AC/DC解決方案

然而，在我們開(kāi)始探索PI Expert設(shè)計(jì)軟件之前?;讓我們來(lái)看看片上集成的功能，用于切換器IC TinySwitch-III和TOPSwitch-JX。由于TinySwitch專(zhuān)為低于25 W的交流/直流解決方案量身定制，因此我們將首先研究TinySwitch的情況。如圖1所示，TinySwitch在單個(gè)CMOS芯片上集成了700 V功率MOSFET，振蕩器，高壓開(kāi)關(guān)電流源，電流限制和熱關(guān)斷電路。根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)，啟動(dòng)和運(yùn)行功率來(lái)自漏極電壓，因此無(wú)需變壓器偏置繞組及其相關(guān)電路。它的額定功率在265 VAC輸入時(shí)無(wú)負(fù)載時(shí)僅消耗約80 mW。根據(jù)供應(yīng)商的說(shuō)法，簡(jiǎn)單的開(kāi)/關(guān)控制方案也消除了對(duì)環(huán)路補(bǔ)償?shù)男枨蟆?/p>

其他功能包括無(wú)負(fù)載時(shí)功耗為30至60 mW，115/230 VAC輸入，44 kHz工作，以最大限度地降低EMI，同時(shí)允許一個(gè)簡(jiǎn)單的緩沖鉗，用于限制漏極尖峰電壓，以及低成本的鐵芯變壓器。此外，它還提供自動(dòng)重啟，線(xiàn)路欠壓檢測(cè)和頻率抖動(dòng)。雖然自動(dòng)重啟通過(guò)降低短路電流來(lái)降低次級(jí)元件成本，但線(xiàn)路欠壓檢測(cè)可防止上電或斷電期間出現(xiàn)電壓故障。它只需要一個(gè)電阻器即可實(shí)現(xiàn)，從而省去了四個(gè)外部元件。頻率抖動(dòng)可降低EMI，從而降低與EMI相關(guān)的濾波器元件成本。 TinySwitch還采用了EcoSmart技術(shù)，可在輕載或空載條件下將功耗降至100 mW以下。

據(jù)供應(yīng)商介紹，EcoSmart技術(shù)使電源裝置無(wú)論負(fù)載如何都能保持高效率，大大降低了待機(jī)功耗。從本質(zhì)上講，當(dāng)沒(méi)有負(fù)載時(shí)，EcoSmart技術(shù)可以有效地關(guān)閉電源，從而實(shí)現(xiàn)近乎零功耗。

中等功率切換器

用于高于25 W和高達(dá)177 W的AC/DC轉(zhuǎn)換，該制造商提供其集成的TOPSwitch-JX系列，用于反激式電源。如圖2所示，該系列中的開(kāi)關(guān)IC在單個(gè)單片機(jī)上集成了725 V功率MOSFET，高壓開(kāi)關(guān)電流源，多模PWM控制，振蕩器，熱關(guān)斷電路，故障保護(hù)和其他控制電路。 CMOS芯片。

圖2：TOPSwitch-JX采用了專(zhuān)利的高壓CMOS技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)高效地實(shí)現(xiàn)高壓功率MOSFET和所有低壓控制電路集成在單個(gè)單片芯片上。

與TinySwitch一樣，TOPSwitch-JX系列還集成了EcoSmart技術(shù)，可在265 VAC時(shí)保持低于100 mW的空載功耗，在230 VAC時(shí)，1 W輸入可提供高達(dá)750 mW的待機(jī)輸出功率。因此，通過(guò)多模PWM控制，TOPSwitch-JX IC可針對(duì)25 W以上和177 W以上的應(yīng)用在所有負(fù)載下實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。其他功能包括精確的可編程電流限制，針對(duì)線(xiàn)路的優(yōu)化線(xiàn)路前饋紋波抑制，頻率抖動(dòng)以降低EMI濾波器成本，以及完全集成的軟啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)最小的啟動(dòng)壓力。此外，其132 kHz工作可降低變壓器和電源尺寸。但是，它還為那些希望效率稍高但愿意犧牲尺寸和成本的用戶(hù)提供66 kHz選項(xiàng)。

專(zhuān)家設(shè)計(jì)軟件

使用TinySwitch簡(jiǎn)化離線(xiàn)AC/DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)TOPSwitch-JX IC，Power Integrations開(kāi)發(fā)了一種名為PI Expert的交互式設(shè)計(jì)軟件工具。它是一個(gè)自動(dòng)化的圖形用戶(hù)界面（GUI）驅(qū)動(dòng)程序，它采用電源規(guī)格并自動(dòng)生成圍繞上述兩個(gè)切換器系列中的一個(gè)IC設(shè)計(jì)的電源轉(zhuǎn)換解決方案。事實(shí)上，根據(jù)供應(yīng)商的說(shuō)法，PI Expert為您提供了構(gòu)建和測(cè)試工作原型所需的所有信息。這包括完整的交互式原理圖，物料清單（BOM），電路板布局建議和詳細(xì)的電氣參數(shù)表此外，它還提供完整的磁性設(shè)計(jì)，包括磁芯尺寸，匝數(shù)，適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線(xiàn)厚度和每個(gè)繞組使用的平行導(dǎo)線(xiàn)數(shù)量。還生成了用于機(jī)械組裝的詳細(xì)纏繞指令。此外，該交互式軟件工具還提供成本或效率的優(yōu)化選擇，以生成滿(mǎn)足特定需求的設(shè)計(jì)。因此，該程序?qū)⒃O(shè)計(jì)時(shí)間從幾天縮短到幾分鐘。換句話(huà)說(shuō)，在設(shè)計(jì)人員輸入基本設(shè)計(jì)參數(shù)后，例如交流輸入電壓范圍，固定直流輸出電壓和電流以及開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)入PI專(zhuān)家設(shè)計(jì)向?qū)０?，該軟件分析了?shù)千個(gè)使用真實(shí)數(shù)據(jù)建模的設(shè)計(jì)選擇，并生成最佳設(shè)計(jì)選項(xiàng)。每個(gè)設(shè)計(jì)都支持全功能原理圖，包括所有必需的子電路，如緩沖和鉗位電路，欠壓和過(guò)壓鎖定電阻，反饋和偏置元件，輸入/輸出電容和EMI濾波器。

還為您提供完整的變壓器設(shè)計(jì)，其中包含可隨時(shí)打印的文檔，并可將其發(fā)送給您選擇的變壓器供應(yīng)商，從而節(jié)省時(shí)間和金錢(qián)。此外，該工具還管理生成的BOM列表。事實(shí)上，在最新的PI Expert v9.0中，該軟件允許設(shè)計(jì)人員將生成的BOM導(dǎo)出到Web并將其鏈接到Digi-Key的分銷(xiāo)商零件數(shù)據(jù)庫(kù)等分銷(xiāo)商。這使設(shè)計(jì)人員能夠快速找到PI Expert軟件生成的優(yōu)化設(shè)計(jì)組件，包括替換缺貨零件的組件。

用戶(hù)可以通過(guò)兩種方式訪(fǎng)問(wèn)PI Expert軟件：下載或使用在線(xiàn)版。這兩個(gè)選項(xiàng)都可以在公司網(wǎng)站上找到。要下載該軟件，用戶(hù)必須填寫(xiě)一份表格，其中包含姓名，電子郵件地址，首選語(yǔ)言，公司名稱(chēng)和職位以及地址。在線(xiàn)版本需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)免費(fèi)且簡(jiǎn)單的在線(xiàn)帳戶(hù)。但是，請(qǐng)確保您可以訪(fǎng)問(wèn)Internet瀏覽器，例如Internet Explorer，Google Chrome或Firefox。

讓我們看一下在線(xiàn)套件，作為設(shè)計(jì)過(guò)程的演示。當(dāng)您在線(xiàn)打開(kāi)PI Expert時(shí)，在滿(mǎn)足初始要求后，您將在網(wǎng)站左側(cè)看到一些圖標(biāo)。單擊“創(chuàng)建新設(shè)計(jì)”。您將看到產(chǎn)品組合。選擇TinySwitch-III，然后單擊“PI Expert”。這將生成一個(gè)設(shè)計(jì)向?qū)０?，如圖3所示。該向?qū)槟峁┝艘恍┰O(shè)計(jì)選項(xiàng)。雖然固定拓?fù)涫欠醇な降?，但操作頻率為132 kHz。另外，它允許您選擇包裝類(lèi)型。我選擇了常見(jiàn)且易于使用的表面貼裝SMD-8。單擊向?qū)０逵蚁陆堑摹跋乱徊健卑粹o。

圖3：PI Expert設(shè)計(jì)向?qū)０濉?/p>

出現(xiàn)另一個(gè)需要您的設(shè)計(jì)向?qū)０遢斎腚妷悍秶途€(xiàn)路頻率。在我們的例子中，它是通用的85 - 265 VAC，50 Hz線(xiàn)路頻率。再次單擊“下一步”并輸入輸出電壓，電流和功率要求。單擊“添加”以輸入輸出參數(shù)。假設(shè)所需的直流輸出在1.5 A時(shí)為12 V.輸出電壓容差為10％。單擊“確定”以在向?qū)０迳喜榭摧敵鰠?shù)?，F(xiàn)在有兩種選擇可供您的設(shè)計(jì)使用。操作模式可以是僅恒壓（CV）或恒壓/恒流（CV/CC）。如果您正在構(gòu)建充電器，您更喜歡CV/CC操作模式。我選擇了CV/CC并單擊“下一步”。出現(xiàn)了一個(gè)帶有設(shè)計(jì)設(shè)置的模板。它為您提供文件名和選項(xiàng)，以根據(jù)所選的輸入/輸出參數(shù)，頻率和IC生成完整的原理圖。單擊“完成”后，PI Expert軟件會(huì)建議變壓器磁芯的繞組數(shù)。單擊“確定”。如果設(shè)計(jì)過(guò)程通過(guò)，軟件會(huì)生成一個(gè)表，推薦TinySwitch-III系列中的特定器件以及次級(jí)二極管。在我們的例子中，它是TNY278GN，Vishay的BYV27-100作為次級(jí)二極管（圖4）。選擇推薦的部件，然后單擊“確定”。

圖4：通用輸入，12 VDC，1.5 A輸出AC/DC轉(zhuǎn)換器原理圖，由PI Expert軟件基于TinySwitch-III部件TNY278GN生成。

PI Expert然后生成使用TNY278GN和BYV27-100部件完成隔離的反激式AC/DC轉(zhuǎn)換器原理圖。它還為您提供了生成設(shè)計(jì)結(jié)果，電路板布局，BOM和變壓器構(gòu)造的選項(xiàng)。單擊“設(shè)計(jì)結(jié)果”時(shí)，它會(huì)顯示所有輸入和設(shè)備變量，包括變換器構(gòu)造參數(shù)。同樣，當(dāng)您單擊Board Layout時(shí)，建議使用完整的布局。同樣，BOM提供了精確值和制造商名稱(chēng)所需的外部組件的完整列表。最后，單擊Transformer Construction按鈕可生成變壓器的電氣和機(jī)械圖表，并附有繞線(xiàn)說(shuō)明和注釋。此外，它還提供了變壓器結(jié)構(gòu)中使用的鐵芯，線(xiàn)軸，膠帶，清漆和電線(xiàn)的詳細(xì)說(shuō)明。

使用TOPSwitch-JX IC可以對(duì)25 W以上的功率水平進(jìn)行類(lèi)似的練習(xí)。簡(jiǎn)而言之，像PI Expert這樣的免費(fèi)設(shè)計(jì)軟件使您在設(shè)計(jì)和構(gòu)建AC/DC轉(zhuǎn)換器方面的工作變得簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)高效，同時(shí)加快了流程。因此，設(shè)計(jì)和構(gòu)建離線(xiàn)切換器不再令人生畏。