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设计指导开关电源的设计是一件复杂而耗费精力的事情。电源变换器涉及电、磁、控制多个领域，着手设计一个开关电源，需要对这些领域有一定的理解；在设计过程中，调整电源某一点性能和参数时，有意无意就会影响到另一点的性能和参数，因此也造成很多工程师苦恼于反复地计算和试验之中。POWERINTEGRATIONS公司作为集成功率转换领域的领导者，一直以减轻客户端工作量，加快产品开发流程为己任，其推出强大的开关电源设计套件PIExpert，将电源设计以非常简练的方式呈现给用户。PIExpert套件所含Expert软件，允许用户在不关注电源内部工作原理的情况下，通过输入外部所需参数，即可得到一套电源设计方案。这对于初步接触开关电源的工程师来说，电源设计也将变得不再可怕。PIExpert套件中另一功能强大的软件是PIXls，开关电源中各项重要参数均以表单形式列出，用户可以清楚地了解电源的工作状态。在对每一处参数进行修改时，PIXls将自动关联调整其他参数，给出整体优化的方案，这样将大大减轻反复计算迭代的负担。PIXls针对不当设计还将给出报警及提示，便于用户找到问题所在并采取修改措施。PIExpert套件含有软件TransformerDesigner，将Expert或PIXls的电源方案导入TransformerDesigner中，得到变压器的绕制文档，从而加速变压器的生产过程。为了展示PIExpert套件的强大功能，我们利用PIXls软件以TOP-HX电源芯片为例来说明开关电源的设计流程。步骤一：打开PIXls，选择TOP-HX芯片并得到一份设计表单。表单初始由用户定义输入输出规格，灰色区域允许用户手动输入。损耗因子系数Z和整流桥导通时间tC可以采用默认值。在初始设计时，效率可以估算，但样机完成后需将实测效率输入来调整设计。主输出电压值估计的效率输入电容交流输入电压范围平均输出功率P*峰值输出功率*PP*确保该值等于多路输出设计中所有输出的总和步骤二：根据功率需求选择TOP-HX器件，确定芯片的工作频率和外部限流点KI。初级反射电压VBORB决定了变压器初次级圈数比，及相应的漏感、效率等变化。开关器件的总电压应力由直流输入电压、VBORB和漏感电压尖峰叠加而成，理论计算值将被给出。POWERINTEGRATIONS芯片的内置Mosfet耐压700V，高于其他产品的650V（600V），留下额外安全裕量。Kp用于设置初级电流波形，反映电流连续（断续）的程度，一般在连续模式时Kp(KBRPB)取0.5~0.6可以得到较高的效率，断续模式时Kp(KBDPB)取1.3以确保进入断续工作。选择TOPSwitch-HX器件外部限流点设定主输出二极管正向电压（对肖特基二极管取值0.5V，对PN结二极管取值0.7V）VOR（反射输出电压）设置初级与次级绕组圈数的比率可选132kHz或66kHz开关频率KBPB设置初级电流波形总电压应力步骤三：输入保护功能的数据。高压输入下电源的过载能力往往会远大于低压输入，因此除了固有的过载功率限制电阻RIL外，PIXls中还设置了电阻RPL用于高压输入限制功率。步骤四：确定变压器磁芯和骨架，可以自定义或者选择Auto推荐。PIXls将初步给出满足条件的次级圈数Ns。用户可以调整Ns，初级绕组层数L参数来满足磁芯磁通密度、绕组线径等要求，这些参数将会在后面给出。需要时输入特定的DC启动电压用于线输入过欠压、输出过压及过载功率控制的外部元件推荐值计算得到的典型线输入欠压及过压电压此单元格用于设定在高压输入时的过载功率限制输入磁芯尺寸选择或Auto。输入Auto后，PIXls将根据输出功率估算所需最小的磁芯尺寸，而不会出现过热或磁芯饱和现象。此单元格用于指定初级绕组的层数和次级圈数在此处可以输入自定义磁芯参数输入总的挡墙宽度的一半值（典型值为3.2），对于三层绝缘设计输入零计算得出的NBSB符合磁通密度限制步骤五：反复设计以消除警告。表单列出了反映电源工作状态的关键参数：工作占空比、初级电流、磁芯磁通密度、变压器初级绕组圈数、线径及导线载流密度等等。如果设计存在不当，将会出现图示的红色报警，此时可根据后面的提示进行修改。一般比较容易出现报警的区域：•BM—磁芯磁通密度。为了避免磁芯饱和，磁通密度不能高于3000Gauss。通过增加次级绕组圈数Ns，增大反射电压VBORB，加大磁芯尺寸，或选择更大功率处理能力的芯片等措施可以降低磁通密度。•LG—磁芯气隙长度。LG小于0.1mm不便于加工。通过增加Ns，增大VBORB，或选用AE值更大的磁芯来增大LG。•CMA—导线载流密度。美国线规以CMA【导线圆密耳CM/载流有效值A】表征导线的载流密度，一般要求200CMA500。初次级绕组均会出现CMA偏小，初级绕组将如图示直接给出报警；对于次级绕组，将会给出满足CMA要求的最小线径，此时需要考虑一些绕制的问题：次级绕组能否绕下，受集肤效应影响是否需要分拆成多股并绕等等。出现CMA报警后，通过减小Ns，增加初级层数L，减小VBORB，增大Kp，提高最低直流电压VBMINB（增大输入电容CBINB），提高工作频率fBSB，选择更大的磁芯骨架或更大功率处理能力的芯片等等措施来调整。步骤六：选择关键电路元件。通过修改消除了报警后，即可根据下面PIXls列出的元件应力参数来选择：•输出电容纹波电流：IBRIPPLEB•输出整流二极管：反向耐压PIVS，正向导通电流IBSRMSB、IBoB•桥式整流管：反向耐压VBMAXB，正向导通电流IBAVGBPIXls支持多路输出及负压输出功能，如上图所示依次填入各路的规格即可。次级绕组满足CMA要求的最小线径步骤七：获得变压器绕制文档。将PIXls文件导入TransformerDesigner得到变压器的绕组结构。在7.0版本以上的PIXls软件中，直接可以看到变压器的绕制文档。通过以上设计步骤可见，利用功能强大的PIExpert套件，用户可以确定开关电源从输入整流桥到输出二极管一系列元件的参数和规格。PIExpert套件内嵌了POWERINTEGRATIONS公司诸多专利技术，结合PI公司的产品在全球范围内获得了广泛地推崇和使用。如果希望对PIExpert使用技巧做深入的了解，敬请参阅PI公司应用设计文档AN-16、AN-18、AN-22、AN-43等。•电特性原理图•绕组说明•绕制结构图