开始使用 Power Stage Designer 的 13 个理由

作者：德州仪器

十多年来，德州仪器 (TI) 的 Power Stage Designer 工具一直是一款出色的设计工具，可协助电气工程师计算不同电源拓扑的电流和电压。我认为，利用这款工具可以轻松开始全新的电源设计，因为它可以实时执行各种计算，并为您提供直接反馈。

我们最新版本的 Power Stage Designer 在其现有功能集之上添加了一个新拓扑和两个新的设计功能，可帮助您进一步缩短开发电源的设计时间。

新工具包含场效应晶体管 (FET) 损耗计算器、并联电容器的电流共享计算器、交流/直流电源大容量电容器计算器、用于抑制整流器振铃效应的电阻器-电容器 (RC) 缓冲器计算器、反激式转换器的电阻器-电容器-二极管 (RCD) 缓冲器计算器、输出电压电阻分压器计算器、动态模拟和数字输出电压调节计算器、单位转换器、用于环路补偿的波特图绘图工具、负载阶跃计算器以及滤波器设计器。让我们来详细地了解一下这 13 个特性。

第 1 个：FET 损耗计算器

使用此工具，您可以轻松比较作为主开关或同步整流器运行的不同 FET。最小、最大和均方根 (RMS) 电流值、FET 漏源电压和开关频率将从所选拓扑窗口传输。在您为主开关和同步整流器选择了适用的 MOSFET 后，该工具还可以帮助您评估同步转换器的金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 总损耗。图 1 显示了 FET 损耗计算器窗口。


图 1：FET 损耗计算器窗口

第 2 个：电流共享计算器

当在电源转换器的输入或输出端并联不同种类的电容器时，电容器会产生不同的 RMS 电流值，这取决于它们的阻抗。借助 Power Stage Designer，您可以根据一次谐波阻抗模型估算最多三个并联电容器的电流应力。

第 3 个：交流/直流电源大容量电容器计算器

交流/直流转换器通常在输入整流器后面布置大容量电容器，以便为功率级和电源管理控制器提供准恒定的输入电压。Power Stage Designer 将根据不同的输入参数建议大容量电容值。

第 4 个：整流器 RC 缓冲器计算器

如果您需要通过电磁干扰 (EMI) 测试，电源中整流器的振铃效应可能是一个主要问题。有多种方法可以解决这个问题，其中，实施 RC 缓冲器网络是一种简单的解决方案，可让您避免重新设计印刷电路板 (PCB) 布局。我们的工具可让您轻松确定 RC 缓冲器网络的起始值。

第 5 个：反激式转换器 RCD 缓冲器计算器

由于变压器漏电感等寄生效应，反激式转换器可能会在开关节点处出现电压过冲和振铃。减少振铃和实现过冲阻尼的最简单方法是实施与反激式转换器初级电感并联的 RCD 缓冲器电路。Power Stage Designer 可以帮助您选择缓冲器电阻器和电容器的起始值。

第 6 个：面向输出电压的电阻分压器计算器

现在可以根据输出电压、基准电压以及高侧或低侧电阻（包括容差）轻松计算电源的输出电压反馈分频器。

第 7 个：动态模拟输出电压调节计算器

对于某些应用，电源转换器的输出电压需要在特定输出电压范围内可调。您可以通过将第三个电阻的可变模拟输出电压馈送到输出电压电阻分压器来实现此目的。Power Stage Designer 可帮助您根据所选的输出电压范围、最大调节电压、基准电压和顶部反馈电阻找到所需的电阻值。

第 8 个：动态数字输出电压调节计算器

还可以通过将多个电阻器/信号 MOSFET 组合与低侧反馈电阻器并联来调整电源的输出电压。通过使用微控制器启用和禁用 MOSFET，就好像您已经为电源“编程”了不同的输出电压。Power Stage Designer 将帮助您选择反馈电路的电阻值。

第 9 个：单位转换器

Power Stage Designer 包含一个小助手，可转换不同的电源参数，例如将增益转换为因数或将英制转换为国际单位制，反之亦然。

第 10 个：环路计算器

环路计算器会显示电压模式控制降压的开环和闭环传递函数的波特图，以及五种不同的电流模式控制拓扑：降压、升压、反相降压/升压、正向和反激。您可以使用五个不同的补偿网络来关闭环路。图 2 展示了 Power Stage Designer 环路计算器窗口。


图 2：Power Stage Designer 环路计算器窗口

第 11 个：负载阶跃计算器

使用负载阶跃计算器，您可以确定电压模式和电流模式控制转换器所需的最小输出电容，从而满足输出电压的稳压要求。将此工具与利用内部补偿网络的器件一起使用时要注意，选择外部元件的自由度受限于这些类型的器件。

第 12 个：滤波器设计器

滤波器设计器可帮助您为电源设计适当阻尼的差模 π 型滤波器。该工具不仅显示滤波器和阻尼网络的波特图，还显示无阻尼和阻尼滤波器阻抗的图表。有了这些信息，就可以同时确定滤波器是否为您选择的阻尼元件提供了足够的信号衰减和稳定性。滤波器设计器将提供一个良好的起点，但为了满足成品 PCB 的 EMI 规格，PCB 布局和元件寄生等因素将对滤波器的最终性能产生重大影响。

第 13 个：新拓扑

我们的 Power Stage Designer 工具总共支持 21 种拓扑结构，包括四种全新的拓扑结构：

•        串联电容降压转换器
•        准谐振/调频反激式转换器
•        电感器-电感器-电容器 (LLC) 半桥转换器
•        电感器-电感器-电容器 (LLC) 全桥转换器。请参见图 3。


图 3：LLC 全桥转换器的拓扑窗口

Power Stage Designer 可简化电源设计人员的工作。

有关新工具箱背后的公式和假设，请参阅“PowerStage Designer 用户指南”。