作者：Matt Kessler

簡介

無論是新手還是專家，DC-DC 轉換器設計人員都會面臨海量的電源管理1 IC 選擇。要找到特性、性能、集成度和價格的最佳組合十分困難，實際設計工作會非常棘手。ADIsimPowerTM2旨在簡化 IC 選擇過程，并提供構建最佳 DC-DC 轉換器所需的信息。

大部分 DC-DC 選型指南只是根據給定的一組輸入，將用戶直接導向可行的開關調節器3、開關控制器4和線性調節器5，而不提供對選定特定器件時所做的取舍進行量化的方法。ADIsimPower 則不同，它允許設計人員考察電源轉換的各種取舍關系和設計復雜性。這款新工具提供智能化選型指南和全面的設計輔助，它可根據用戶的尺寸、功效、成本、器件數量或上述參數組合的確切要求，產生穩定可靠的優化設計。

ADIsimPower 選型和設計流程包括四步：1. 輸入設計標準；2. 查看所有設計解決方案；3. 查看解決方案詳情；4. 構建完成設計。流程結束時，ADIsimPower 將提供定制的原理圖、含供應商產品型號和價格的材料清單 (BOM)、效率圖、性能規格、閉環傳遞函數以及快速構建設計的方法。

輸入設計標準

ADIsimPower 的第一頁包括如下用戶輸入字段：最小輸入電壓、最大輸入電壓、輸出電壓、輸出電流和最大環境溫度；各參數的上下限顯示于相應文本框下方。填好這些參數之后，按下“查找解決方案”按鈕可查找適合此應用的推薦解決方案。用戶如果知道要使用 ADI 公司的哪一款電源管理器件，可以點擊“選擇IC”。這將激活一個下拉菜單，其中列出了當前支持的電源管理 IC。選取一個器件之后，用戶將直接轉到“查看解決方案詳情”。

查看所有設計解決方案

ADIsimPower 的第二階段是幫助用戶選擇最符合設計要求的器件。為清楚起見，頁面上方重復顯示了第一階段的設計輸入參數。下面是“推薦解決方案”，它按照以下標準列出各種推薦解決方案的 IC 和拓撲結構：成本最低、尺寸最小、器件最少和功效最高。推薦方案基于整個 DC-DC 轉換器設計，包括電源管理 IC、電感、電容、電阻、MOSFET 和二極管。

“推薦解決方案”下面是一張表，它按順序列出每種可用 IC的解決方案成本、尺寸、功效和器件數量，讓用戶不必用各器件進行單獨設計就能了解各種設計的取舍優勢。各列都可以排序，以突出最重要的取舍考量。表格右方是特性列表。若要擴展或合并此列表，請點擊“顯示全部特性”或“顯示默認特性”。點擊相應的復選框可以選擇或取消選擇一項特性。請選擇應用需要的所有特性。不包括所選特性的 IC 將從此表中和推薦解決方案中移除。

選好特性、性能、集成度和成本達到最佳平衡的 IC 之后，點擊相應的“查看解決方案”按鈕。如果此按鈕未激活，則表示 ADIsimPower 暫不提供全面設計支持。請點擊 IC 名稱，查看數據手冊和其它信息。點擊“下載設計工具”可獲得基于Excel 且可以在本地運行的設計工具。

查看解決方案詳情

在這一階段，ADIsimPower 產生并顯示完整的設計，包括定制的原理圖、詳盡的材料清單以及工作參數、功耗和最高溫度預估。開關轉換器設計還會顯示功效圖和損耗圖，某些情況下還會給出閉環傳遞函數。

為清楚起見，頁面上方重復顯示了原始輸入參數；如果更改設計參數，頁面上方也會相應更新。點擊“修改高級設置”將打開一個窗口，用戶可以在其中修改許多設置，包括但不限于：精度、最大元件高度、峰峰值輸出電壓紋波、輸入濾波器要求、負載瞬態響應、電感紋波電流和 MOSFET 供應商偏好（根據器件選擇情況，可能只顯示這些特性的一部分）。

ADIsimPower 與其它 DC-DC 轉換器設計工具的一個不同之處，就是能夠修改這些設置。不難理解，這樣安排的目的是讓電源設計新手感覺輕松，但高級設置正是電源設計專家希望在設計中加以控制的一類參數。

該頁面的下一部分含有多個選項卡，用來指定各種重要的設計參數。同樣，這些選項卡中的信息因所選 IC 而異，但常用選項卡包括工作參數預估、功耗預估和溫度預估。所有參數都會顯示最低輸入電壓和最高輸入電壓兩種情況下的值。工作參數預估選項卡包括 PWM 占空比、峰峰值輸出電壓紋波和峰值電感電流等參數。功耗預估選項卡顯示各高損耗元件的功耗。溫度預估選項卡顯示與功耗預估選項卡中的損耗相關的各元件溫度。功耗和溫度計算所使用的參數值中，決定功耗的許多參數取最差情況值，以確保設計穩定可靠。

下一部分顯示完整的定制原理圖，包括參考名稱和引腳編號。

接下來是“材料清單”。其中可能有多個元件可以編輯，其項目編號顯示為橙色。點擊項目編號可以看到一個列表，它包括符合相關要求，可用于設計的其它元件。列標題因元件類型而異。典型標題包括制造商、產品型號、功耗 (W)、面積(mm2)、高度 (mm)、成本 ($)，以及反映元件特征及其在電路中如何工作的其它特性。這樣，用戶可以繼續權衡性能、尺寸和成本，以便全面定制設計。每列都可以排序，從而清楚顯示更改元件的量化得失。如果選擇新元件，ADIsimPower 將利用所選元件重新設計，確保仍能滿足所有要求。

材料清單之后是“圖形”部分，可能包括效率圖、損耗圖和閉環傳遞函數（波特圖），所有圖形都會顯示最低輸入電壓和最高輸入電壓兩種情況。效率和損耗曲線對應于許多高損耗參數取最差情況值時的損耗。這種最差情況分析一般貫穿于整個ADIsimPower 設計流程。其目的是讓用戶確信：該工具所提供的設計穩定可靠，能適應所有元件誤差、環境溫度范圍和其它電路變化。這款工具所提供的設計遠遠超出了基本解決方案的范疇。

在“查看解決方案詳情”階段，每部分的上方均為各種設計標準（最低成本、元件數量、功效和尺寸）的單選按鈕。如果選擇新的單選按鈕，該工具將根據新的設計標準完全重新設計電路，先前所做的所有 BOM 更改也將作廢。確定最終設計之后，請點擊“構建此解決方案！”。

構建完成設計

本頁的第一部分是適合上一階段所選 IC 的評估板圖片。訂購評估板和 IC 的鏈接位于評估板圖片右方。圖片下面是與整個評估板相對應的原理圖。請注意，本部分的原理圖與評估板相對應，通常支持許多不同的配置。原理圖上，各元件旁邊顯示元件值和封裝符號，這將有助于構建電路板。許多元件都會顯示 No Pop，表示此特定設計不需要該元件。原理圖下面是材料清單，它同樣是適用于評估板。清單會列出所有元件，以便在填充電路板時進行核對。與“查看解決方案”部分的原理圖和材料清單相比，本部分的原理圖和材料清單可能更長、更復雜，更能代表最終設計。材料清單下面是評估板的頂部裝配圖、底部裝配圖和 PCB 所有各層的圖片。簡言之，本階段提供構建完成 ADIsimPower 中創建設計所需的一切。

點擊相關鏈接，用戶可以將“構建完成設計”和“查看解決方案詳情”部分的相關信息下載下來或通過電子郵件發送，內容格式類似于用戶在網頁上與工具交互時所看到的格式。

器件數據庫

ADIsimPower 使用的器件數據庫包括 3000 多個唯一產品型號，其中有電感、MOSFET、二極管、電容和電源管理 IC。顯然，每種類型的器件都有寄生效應，導致它不能以理想的方式工作。因此，為了獲得穩定可靠的電源設計，必須考慮這些影響。雖然許多寄生效應特性都沒有在數據手冊上得到詳盡說明，但 ADIsimPower 的架構師和開發者已從器件制造商那里獲得了這些未公布的信息。這款工具考慮的非理想行為包括但不限于：

電容：電容隨施加電壓的變化 (dC/dV)，ESR 隨開關頻率的變化 (dC/dT)。

電感：內核損耗和集膚效應損耗與開關頻率的函數關系。二極管：正向電壓隨正向電流的變化 (dVf/dI)，正向電壓隨溫度的變化 (dVf/dT)，寄生電容隨施加電壓的變化(dC/dV)。

MOSFET：導通電阻隨溫度的變化 (dRds(on)/dT)，導通電阻隨所施加的柵極-源極電壓的變化 (dRds(on)/dVgs)，寄生電容（Coss、Crss、Ciss）隨施加電壓的變化 (dC/dV)。

以上只是 ADIsimPower 設計所考慮的許多非理想器件行為中的最一般行為。無論是經常使用 ADIsimPower 的用戶，還是初次使用該工具的用戶，均會發現其設計結果十分穩定可靠，接近生產水平，符合人們對設計工具的最高期望。

結束語

無論是新手還是專家，均可借助 ADIsimPower 找到特性、性能、集成度和成本的最佳組合 IC，獲得最適合特定應用的DC-DC 轉換器設計方案。通過“查看所有設計解決方案”部分的智能選型指南，用戶可以看到一般需要完成全部設計才能知道的各種方案得失。該工具的第三部分是“查看解決方案詳情”，允許用戶編輯器件并調整高級特性，從而獲得更加穩定可靠、詳盡完善的設計。最后階段是“構建完成設計”，提供構建評估板所需的全部信息，以便評估設計。ADIsimPower是一款與眾不同的 DC-DC 電壓調節器設計與選型工具，可根據各種獨特應用的要求，提供穩定可靠且真正優化的開關控制器、開關調節器和 LDO 設計。

作者簡介

Matt Kessler [matt.kessler@analog.com] 是電源管理產品應用工程師，隸屬位于美國科羅拉多州科林斯堡的客戶應用小組，負責為廣泛的產品和客戶提供技術支持。他也是 ADIsimPower 最早的架構師兼開發者之一。Matt 擁有德克薩斯大學達拉斯分校電子工程學士學位，目前正在攻讀科羅拉多州立大學電子工程碩士學位。他于 2007年加入 ADI 公司。