Бесплатные программные средства разработки упрощают создание источников питания. Часть 2

Ранее на сайте мы уже публиковали перевод статьи, посвященной бесплатным программным средствам разработки источников питания. На этот раз кратко коснемся еще нескольких инструментов, находящихся в открытом доступе
2012
В избранное

Перед разработчиками практически в каждом приложении встает задача организации питания электронных устройств. При этом у них есть два пути: купить готовый источник питания или разработать свой собственный с «нуля». В статье Ланды Калбертсон «Бесплатные программные средства разработки упрощают создание источников питания: Часть 1» были рассмотрены основные преимущества использования готовых решений:

  • Снижение стоимости за счет массовости производства готовых источников питания;
  • Сокращение времени выхода устройств на рынок за счет ускорения процесса отладки;
  • Наличие требуемых сертификатов соответствия, например, мировым стандартам электробезопасности, стандартам ЭМС, глобальным правилам энергопотребления и др.;
  • Качество и надежность (при условии использования продукции проверенных производителей);
  • Наличие аналогов.

Если какой-либо из перечисленных пунктов является критическим, то следует выбирать готовый ИП. Если же представленные на рынке источники питания не отвечают заявленным требованиям, то придется создавать ИП самостоятельно. Помочь в этом смогут бесплатные инструменты разработки, которые предлагает практически каждый производитель интегральных микросхем для ИП.

ST PowerStudio от STMicroelectronics

ST PowerStudio – бесплатный, мощный и гибкий инструмент разработки, позволяющий моделировать работу блоков питания, построенных на базе силовых модулей SLLIMM™ и ACEPACK™ от STMicroelectronics. Данный инструмент используется для расчета различных характеристик ИП, в том числе мощности потерь, перегрева корпуса и кристалла интеллектуального модуля, а также для определения параметров оптимального радиатора. Прежде чем двигаться дальше, следует сказать пару слов о самих модулях SLLIMM™ и ACEPACK™.

SLLIMM™ – семейство интеллектуальных силовых модулей, созданных для работы с нагрузкой мощностью до 3 кВт, в первую очередь с электродвигателями. SLLIMM объединяют в одном корпусе мощный инвертор на базе IGBT, MOSFET или SJ-ключей с рабочей частотой до 20 кГц, логику, цепи защиты и драйверы. В результате, для управления двигателем (или другой нагрузки) пользователю потребуется только микроконтроллер, который будет подключаться непосредственно к интеллектуальному силовому модулю.

ACEPACK™ 1 и ACEPACK™ 2 – семейства силовых модулей, предназначенных для работы с потребителями повышенной мощности 3…30 кВт. Модули имеют два варианта топологии: с шестью силовыми транзисторами или CIB (converter + inverter + brake).

Работа с ST PowerStudio начинается с выбора параметров приложения: типа преобразователя, топологии схемы, семейства силовых модулей, модели силового модуля (рис. 1). Далее разработчик задает оставшиеся параметры схемы, в том числе тип нагрузки, выходную мощность и др.

Внешний вид ST PowerStudio

Рис. 1. Внешний вид ST PowerStudio

Как известно, для мощных приложений уровень потерь и качество теплоотвода играют решающую роль. ST PowerStudio позволяет выполнять анализ температуры корпуса и кристалла для четырех вариантов охлаждения силового модуля:

  • Устройство без радиатора;
  • Устройство с идеальным радиатором и фиксированной температурой корпуса силового модуля;
  • Устройство с радиатором, имеющим фиксированное значение теплового сопротивления;
  • Устройство с радиатором, имеющим фиксированное значение теплового сопротивления, и с учетом тепловой инерции системы.

Результаты моделирования представляются в графической и табличной форме. Хотя полученные данные являются всего лишь результатом моделирования, однако их можно использовать в качестве отправной точки, тем самым значительно упростив себе работу.

Программа ST PowerStudio представлена только в офлайн-версии, то есть она требует установки на ПК пользователя. Скачать ее можно с сайта ST – от пользователя потребуется только регистрация (бесплатная).

Power Supply WebDesigner от ONSemiconductor (Fairchild)

Бесплатный онлайн-инструмент Power Supply WebDesigner достался компании ONSemiconductor «в наследство» после покупки компании Fairchild. Это один из наиболее детализированных инструментов проектирования, учитывающий огромное количество различных параметров.

По сути, Power Supply WebDesigner объединяет четыре утилиты:

  • Утилита для проектирования источников питания;
  • Утилита для проектирования источников питания светодиодов;
  • Утилита для проектирования силовых интеллектуальных ключей;
  • Библиотека готовых решений.

В качестве примера использования Power Supply WebDesigner можно кратко рассмотреть процесс создания понижающего синхронного неизолированного DC/DC-регулятора с помощью утилиты для проектирования источников питания. В данном случае процесс проектирования состоит из шести шагов (рис. 2): задание и расчет общих параметров, выбор и расчет параметров индуктивности, выбор и расчет параметров силовых транзисторов, выбор и расчет параметров конденсаторов, выбор и расчет снабберных цепей, расчет потерь.

Power Supply WebDesigner делит процесс разработки DC/DC-преобразователя на 6 шагов

Рис. 2. Power Supply WebDesigner делит процесс разработки DC/DC-преобразователя на 6 шагов

Задание параметров в Power Supply WebDesigner происходит в табличной форме (рис. 3).

Задание данных в Power Supply WebDesigner на примере задания параметров входного напряжения

Рис. 3. Задание данных в Power Supply WebDesigner на примере задания параметров входного напряжения

Как уже было сказано выше, Power Supply WebDesigner является очень детализированным инструментом. Обилие параметров может озадачить даже опытных разработчиков. Чтобы не распугать пользователей, каждый из параметров имеет значение по умолчанию. В худшем случае, если никаких особых требований нет, то неиспользуемые поля можно не изменять. Кроме того, огромным плюсом является наличие поясняющих картинок, которые помогут разобраться с той или иной характеристикой ИП (рис. 4).

В Power Supply WebDesigner присутствуют удобные подсказки в виде схем и графиков

Рис. 4. В Power Supply WebDesigner присутствуют удобные подсказки в виде схем и графиков

В конце выполнения каждого из шагов проектирования приводится итоговая таблица с локальными результатами расчета. На заключительном шестом шаге происходит расчет потерь с построением огромного количества детальных графиков (рис. 5). В случае необходимости пользователь может вернуться и внести корректировки.

Результаты в Power Supply WebDesigner представляются в виде таблиц и графиков

Рис. 5. Результаты в Power Supply WebDesigner представляются в виде таблиц и графиков

Power Supply WebDesigner является онлайн программой, то есть не требует установки на ПК пользователя.

Создание силовых ключей с помощью Power Supply WebDesigner

Еще одним интересным инструментом, который напрямую не относится к созданию источников питания, но напрямую относится к организации систем питания, является утилита для проектирования силовых ключей, входящая в состав Power Supply WebDesigner. С помощью силовых ключей можно уменьшить потребление, использовать несколько уровней питающих напряжений, задавать порядок подачи питания и т.д. Подробнее об особенностях и назначении силовых ключей рассказывается в статье Билла Швебера «Интеллектуальные ключи. Вопросы и ответы», перевод которой так же был опубликован на сайте Терраэлектронка.

Утилита для силовых ключей очень проста и имеет всего одно окно (рис. 6). На первом шаге от разработчика требуется определиться с необходимым функционалом ключа (одиночный силовой ключ или силовой мультиплексор) и наличием у него встроенных механизмов защиты (по току, по напряжению). Далее задать параметры приложения (ток, напряжение) и выбрать параметры ключа (корпус, скорость переключения, сопротивление). В результате к услугам пользователя будут предложены наиболее оптимальные модели ИС и схемы включения с указанием типономиналов элементов.

Внешний вид Power Supply WebDesigner при разработке силового ключа

Рис. 6. Внешний вид Power Supply WebDesigner при разработке силового ключа

MPS DC-DC Designer от MPS

MPS DC-DC Designer – еще один бесплатный инструмент для создания DC/DC-регуляторов от компании MPS. В отличие от рассмотренной выше онлайн программы Power Supply WebDesigner, данная утилита не требует от пользователя знания огромного числа параметров и характеристик (рис. 7). Зато с ее помощью удается максимально быстро найти подходящий DC/DC-регулятор или контролер.

Внешний вид MPS DC-DC Designer

Рис. 7. Внешний вид MPS DC-DC Designer

MPS DC-DC Designer позволяет выполнять анализ по постоянному току, анализ переходных процессов, выполнять расчет мощности потерь и создавать спецификацию. Программа также дает рекомендации по созданию печатной платы (рис. 8).

Результаты в MPS DC-DC Designer представлены в виде графиков и разводки печатной платы

Рис. 8. Результаты в MPS DC-DC Designer представлены в виде графиков и разводки печатной платы

MPS DC-DC Designer может использоваться как офлайн с установкой на ПК, так и онлайн.

MPS AC-DC Designer от MPS

MPS AC-DC Designer – еще одна утилита от MPS, которая по своему функционалу аналогична MPS DC-DC Designer, но используется для разработки AC/DC-источников питания. В отличие от MPS DC-DC Designer утилита MPS AC-DC Designer доступна в офлайн-версии, требующей установки на ПК.

LTspice от Analog Device

Программа LTspice хорошо знакома пользователям еще по работе с микросхемами питания от Linear Technologies. После приобретения Linear Technologies компанией Analog Device поддержка данной утилиты сохранилась.

LTspice – бесплатный, мощный и гибкий инструмент, позволяющий выполнять моделирование электронных схем источников питания. В настоящий момент LTspice обеспечивает поддержку практически всех регуляторов напряжения от Analog Devices, в том числе импульсных и линейных, а также усилителей и других компонентов общего назначения (резисторов, конденсаторов, индуктивностей и др.) – всего боле 1100 макромоделей.

В схемном редакторе LTspice пользователь может создавать электрические схемы (рис. 9) и проводить моделирование статических и динамических процессов (рис. 10).

LTspice® – предлагает широкие возможности по созданию и моделированию электрических схем

Рис. 9. LTspice® предлагает широкие возможности по созданию и моделированию электрических схем

Пример отображения результатов моделирования в LTspice

Рис. 10. Пример отображения результатов моделирования в LTspice

Большим плюсом LTspice является огромная и постоянно обновляющаяся библиотека готовых схем. То есть зачастую пользователю не приходится ничего делать самостоятельно – необходимо зайти на сайт и скачать демонстрационную схему с интересующим решением. В качестве примера приведем последние обновления библиотеки примеров:

  • Демонстрационная схема сдвоенного понижающего регулятора на базе LTM4646 (вход 4,5…20 В, выход 1,2 В, ток нагрузки 10 А);
  • Демонстрационная схема драйвера светодиодов мощностью 64 Вт на базе LT3762 (вход 4…28 В, выход 32 В, ток нагрузки 2 А);
  • Демонстрационная схема делителя напряжения мощностью 480 Вт на базе LTC7820 (вход 6…72 В (Vin), выход 0.5*Vin).

Заключение

Приведенный список бесплатных инструментов не является исчерпывающим. Однако представленные программы и утилиты показывают, что при необходимости создания собственного источника питания «с нуля» разработчик может значительно ускорить процесс проектирования и отладки.

Сравнение позиций

  • ()