基于 PI Expert 的单片开关电源设计.doc
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1、精品论文大集合基于 PI Expert 的单片开关电源设计郁磊,安宝冉,冯岩 中国矿业大学信电学院,江苏徐州 (221008) E-mail: 摘要:PI 公司推出的 TOPSwitch 系列单片开关电源芯片具有高集成度、高性价比、最简 外围电路等特点。与之配套的 PI Expert 软件,功能强大、使用方便,用户可以快速准确地设计优化开关电源。本文基于 PI Expert 设计了一款+12V、2.5A 开关电源,结果表明该电源 简单可靠、输出稳定。关键词:开关电源;变压器;PI Expert1.引言开关电源具有功耗小、体积小和效率高等特点,其在计算机、通信、航天、彩色电视等 方面都得到了越来
2、越广泛的应用1。尤其是单片开关电源的问世,为实现开关电源设计的标 准化和规范化创造了有利条件。但设计一个具有高性价比的开关电源,所涉及的知识面很广, 难度较大。设计人员不仅要掌握各种单片开关电源的工作原理和应用电路,还必须积累丰富 的实践经验。按照传统的设计方法,开关电源要全部靠人工设计,不仅工作量大,效率低, 而且因设计时的变量多,难于准确估算,使得设计结果与实际情况相差较大,需要多次修正。 目前,利用计算机设计开关电源已成为国际上电源领域的一项新技术。PI 公司推出的 PI Expert 专家系统,可以实现开关电源的最优化设计,极大地减轻设计人员的工作量,使开关 电源的设计不再是专家的任务
3、,任何参与系统设计的人员都能设计出自己的开关电源2。2.PI Expert 简介2.1 PI Expert 的主要特点及辅助软件PI Expert 主要有以下特点:1)采用交互式设计模式,具有直观的图形界面,引导用户完成设计。它可帮助用户设置 PI 器件所能提供的先进电源特性,例如过电压和欠电压保护、过热保护、外部电流限 制等。在设计结果中,还包含各种电路的示意图。2)具有优化设计功能,选择低成本优化设计或高效率优化设计。优化设计的过程是首先生 成多种设计方案,然后与 PI 公司编译专家设计的规范数据库进行比较,并给每种设计 方案打分,最后以分数最高的作为最佳设计方案。3)自动生成开关电源的结
4、构框图、部分单元电路和数据结构2。由 PI 公司提供的 PI Expert 设计软件包,除 PI Expert 专家系统外,还包括辅助软件 PI Transformer Design 和 PI Xls Designer。PI Transformer Design 是一种新的工具软件,可根据 变压器供应商的要求生成详细的设计说明,并基于 PI Expert 和 PI Xls Designer 设计软件完 成的设计构建出一种变压器。PI Xls Designer 设计软件为最新推出的 Power Integrations 芯片 组提供设计电子数据表支持,未包括在 PI Expert 设计软件工具之
5、内,同时还提供了 PI 其它 产品的简化电子数据表,以方便喜欢电子数据表界面的高级用户。2.2 PI Expert 专家系统的设计步骤利用 PI Expert 专家系统,可使单片开关电源的设计变得非常容易。PI Expert6.0 专家系 统的设计可分成以下 5 个步骤:- 5 -第 1 步:创建一个新文件。第 2 步:定义开关电源的设计选项。设计选项(Desing Option)包括拓扑结构、PI 器 件系列、封装形式、开关频率和优化类型。第 3 步:输入开关电源的输入类型和输出规格。在输入类型(AC/DC Input Type)选项 卡中,由用户指定开关电源工作时的输入电压类型、电压范围和
6、电网频率。在输出规格(DC Outputs)选项卡中,由用户指定开关电源的输出路数、工作模式及每路输出需要提供的电 压和电流值。第 4 步:定义设计设置。设计设置(Design Settings)选项卡包括文件名、高频变压器 的默认值、优化起点、显示结果时所采用的单位、在新设计中是否显示设置(Design Settings) 面板、以及在完成设计时究竟是先显示设计结果表格还是先显示结构框图。第 5 步:完成设计。单击完成(Finish)按钮,查看为新设计生成的结构框图和完整的 设计结果表格。3.设计实例本文基于 PI Expert 设计了一款+12V、2.5A 开关电源,其输入电压为交流 85
7、265V, 并要求整个电路结构简单、工作可靠。3.1 电路设计按照 PI Expert 专家系统的设计流程,采用自动优化设计,只需几十秒钟即可获得设计 结果。设计完成后的开关电源电路结构框图如图 1 所示。EEL22CLAMP56T6TVout 1: 12.00 V, 2.50 ARTNVin85-265 VACEMI&Cin6T TOP244YD LVbias: 12.0 V, 0.006 AFrom Vout 1RectifierUV/OV ILimCONTROLCFeedbackSecondary TL431S XF图 1 开关电源电路结构框图Fig1 Block Diagram of
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