Die besten Entwurfswerkzeuge für Stromversorgungsschaltungen mit Simulation

Von Tisch-Netzteilen bis hin zu Spannungsregler-Schaltungen auf eingebetteten Platinen müssen Entwerfer oft eine benutzerdefinierte Stromversorgungsschaltungs-Design und -Layout erstellen. Diese Schaltungen klingen einfach im Design, aber es bedarf der SPICE-basierten Simulations- und Verifizierungswerkzeuge in Altium Designer, um ein stabiles, hochwertiges Stromversorgungsschaltungs-Design zu erstellen.

Altium Designer bietet Ihnen weit mehr als nur Schaltungsdesign- und Simulationstools; Sie können Ihr PCB-Layout leicht erstellen und Ihre Platine für die Herstellung in Altium Designer vorbereiten. Lesen Sie weiter, um zu sehen, wie unsere Schaltungsdesign-Software Ihnen hilft, das beste Stromversorgungsschaltungs-Design und -Layout zu erstellen.

ALTIUM DESIGNER

Ein einheitliches PCB-Design-Paket, das Schaltungsdesign-Funktionen mit einem leistungsstarken PCB-Editor und Simulationsfunktionen integriert.

Es ist einfach, einen einfachen Spannungsregler zu entwerfen, aber produktionsreife Stromversorgungen gehen weit über lineare Regler hinaus. Das Design der Stromversorgungsschaltung für Ihre PCB kann sehr komplex werden, und es werden mehrere Werkzeuge benötigt, um Ihre Schaltpläne, PCB-Layout, Simulationen und Fertigungsdateien zu erstellen. Nachdem Sie die beste Regelungs- und Leistungsumwandlungstopologie für Ihr System bestimmt haben, müssen Sie Ihre Schaltungen in Schaltplänen implementieren und Ihr Design verifizieren.

Wenn Sie Zugang zu einem integrierten Designpaket haben, können Sie Ihre Stromversorgungsschaltpläne entwerfen, ein hochwertiges PCB-Layout erstellen und Schaltungssimulationen in einem einzigen Programm durchführen. Lesen Sie weiter, um zu sehen, wie das beste Set von Schaltungssimulations- und Designfunktionen Ihnen helfen kann, Ihre Strategie zur Leistungsumwandlung und -regelung zu erstellen und zu simulieren.

Wählen Sie einen Regler und eine Strategie zur Leistungsumwandlung

Das Design von Stromversorgungsschaltungen erfordert die Betrachtung des gesamten Systems in Blöcken, beginnend mit einem AC-DC-Wandlerkreis und weiter über Leistungsbedingungen und Leistungswandlerstufen. Einige Spannungs- oder Stromreglertopologien können mehrere Funktionen während des gesamten Leistungsumwandlungsprozesses bieten. Diese Regler können jedoch sehr komplex sein und müssen vor dem Übergang zur Fertigung mit Simulationen validiert werden.

Die untenstehende Abbildung zeigt ein Beispielblockdiagramm, das alle kritischen Teile einer Stromversorgung enthält. Dieser Typ von System soll eine hocheffiziente Leistungsumwandlung mit einem Schaltregler bieten. Es könnte Netzstrom aufnehmen und AC in DC mit einem Brückengleichrichter umwandeln. Der Ausgang des Gleichrichters würde dann an einen PFC-Schaltkreis weitergeleitet, der Stromspitzen von einem Schaltwandler glätten würde. Der Ein- und Ausgang würde dann gefiltert, um geleitete EMI zu entfernen und sicherzustellen, dass stabile Leistung zu den Reglerabschnitten weitergeleitet wird.

Designstufen der Stromversorgungsschaltung und Blockdiagramm des Wandlers.

Der Reglerteil muss dann mit der passenden Topologie entworfen werden. Die am häufigsten verwendete Reglertopologie ist ein Schaltregler, was zu einem SMPS-Netzteil führt. Diese Netzteile können so entworfen werden, dass sie eine sehr stabile Ausgangsspannung und eine hocheffiziente Regelung bieten. Sie verfügen auch über viele bekannte Topologien für die DC-DC-Umwandlung.

Erstellen Sie jede Reglertopologie mit den besten Schaltplan-Designwerkzeugen

Um die Reglertopologie zu erstellen, die Sie für eine hocheffiziente Stromumwandlung benötigen, brauchen Sie den besten Satz an Schaltplan-Designwerkzeugen. Sie benötigen auch Zugang zu einem vollständigen Satz von PCB-Komponenten, die CAD-Modelle für die Verwendung in Ihrem PCB-Layout umfassen. Wenn Sie bereit sind, mit dem Design Ihres Stromversorgungsschaltkreises zu beginnen und die benötigten Komponenten zu finden, nutzen Sie den kompletten Satz an PCB-Designwerkzeugen in Altium Designer.

• Das Design von Stromversorgungen für hohe Spannungen/Ströme erfordert oft das Platzieren eines PFC-Schaltkreises nach Ihrem AC-zu-DC-Wandler-Schaltkreis, um Stromspitzen am Eingang zu glätten.

  Erfahren Sie mehr über PFC-Schaltkreisdesign und -analyse.

• Wenn Sie Ihren Schaltreglerkreis entwerfen, stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Frequenz für Ihr PWM-Signal wählen, da dies die Effizienz und das Rauschen auf der Ausgangsspannung und dem -strom beeinflusst.

  Erfahren Sie mehr über die Auswahl der besten Frequenz für Ihren Schaltregler.

• Ihre Stromversorgung muss möglicherweise mit einem Transformator isoliert werden, um die Sicherheit des Benutzers zu gewährleisten.

  Erfahren Sie mehr über isolierte vs. nicht isolierte Stromversorgungen.

Erstellen Sie jeden Abschnitt Ihres Netzteilschaltungsdesigns mit den hierarchischen Mehrkanal-Schaltungstools in Altium Designer.

Integrierte Simulation für das Design von Stromversorgungsschaltungen

Aufgrund von Sicherheits- und Betriebsbedenken bei vielen Stromversorgungen und Reglerkreisen ist es notwendig, jeden Abschnitt einer Stromversorgung zu simulieren, um sicherzustellen, dass sie das gewünschte elektrische Verhalten liefert. Die Simulation einer Stromversorgung erfordert eine SPICE-Simulation, die Komponentendaten und Teilmodellschaltungen direkt aus Ihren Schaltplänen nimmt. Diese Art der Simulation löst dann Kirchhoffsche Gesetze und das Ohmsche Gesetz, um sicherzustellen, dass Ihr Schaltungsentwurf wie beabsichtigt funktioniert.

SPICE-Simulatoren ermöglichen es Ihnen, einige kritische Simulationen als Teil des Designs von Stromversorgungsschaltungen durchzuführen:

• Transientenanalyse, um die Spannung, den Strom und die Leistung im Zeitbereich zu sehen
• Rauschanalyse, um zu untersuchen, wie Eingangsrauschen in Ausgangsrauschen umgewandelt wird
• AC-Analyse mit Frequenzsweeps in jedem Abschnitt der Stromversorgung
• Parameter-Sweeps, um durch mehrere Schaltungswerte zu iterieren und das Design zu optimieren

Die transiente Analyse wird am häufigsten verwendet, da diese Art der Simulation zeigt, wie die Stromversorgung startet und ihren Betriebszustand im Zeitbereich erreicht. Sie können dann bestimmen, welche Teile des Systems geändert werden müssen, und Sie können durch Parameter-Sweeps Versuchswerte für Ihre Schaltungselemente iterieren. Diese Aufgaben erfordern kein fortgeschrittenes Simulationspaket, Sie können diese Simulationen und viele mehr in der branchenführenden PCB-Design-Software durchführen.

Verwenden Sie Altium Designer für SPICE-Simulationen

Der SPICE-Simulationsmotor in Altium Designer ist innerhalb des Schaltplaneditors zugänglich und wird Daten direkt aus Ihren Komponentenbibliotheken und -modellen übernehmen. Diese Simulationen sind einfach einzurichten und durchzuführen, und Daten können für die Verwendung in einem externen Analyseprogramm wie MATLAB gespeichert werden. Die Werkzeuge für Parameter-Sweeps sind ideal, um Ihr Stromversorgungsschaltungsdesign zu optimieren, und diese Werkzeuge werden mehrere Ergebnisse ausgeben, die auf einem einzigen Diagramm verglichen werden können.

• Filterkreise sind grundlegende Elemente, aber sie sind sehr wichtig für das Design von Stromversorgungen, da sie sicherstellen, dass Ihr System gegen Eingangsrauschen immun bleiben kann.

  Erfahren Sie mehr über EMI/EMC-Kontrolle mit Stromversorgungsfilterung.

• Achten Sie auf jegliches Rauschen, das in Ihrem Reglerkreis erzeugt oder empfangen wird, um sicherzustellen, dass es nicht übermäßig im Ausgang der Stromversorgung ist.

  Erfahren Sie mehr über die Analyse der Rauschmarge in Ihrer Stromversorgung.

• Das Design von Stromversorgungsschaltungen erfordert SPICE-Simulationen, um sicherzustellen, dass die Ausgangsleistung stabil ist und den gewünschten Wert erreicht.

  Erfahren Sie mehr über die Durchführung von SPICE-Simulationen mit Stromversorgungsschaltungen in Altium Designer.

Der SPICE-Simulator in Altium Designer hilft Ihnen, Ihr Design der Stromversorgungsschaltung zu überprüfen und dessen Leistungsausgabe zu optimieren.

Erstellen Sie ein PCB-Layout für Ihr Stromversorgungsdesign

Sobald Sie Ihr Design der Stromversorgungsschaltung erstellt haben, ist es an der Zeit, Ihre Schaltpläne als leeres Leiterplattenlayout zu erfassen. Sie können dann mit dem Anordnen von Komponenten, dem Verlegen von Leiterbahnen, dem Entwerfen von Stromebenen, der Auswahl von Masseebenen und vielem mehr beginnen. Ihr PCB-Layout wird die Maßnahmen zur Wärmeabfuhr bestimmen, die Sie berücksichtigen müssen, um die Temperatur der Leiterplatte niedrig zu halten, und Sie müssen reale Komponenten für alle Teile Ihres Designs beschaffen.

Altium Designer ist mehr als nur Software für Schaltungsdesign und Simulation, es ist die leistungsfähigste PCB-Designanwendung der Branche für die Produktentwicklung. Entwickler von Stromversorgungen haben Zugang zu einem kompletten Satz an PCB-Designwerkzeugen für Schaltpläne, physisches Layout, Simulation und PCB-Herstellung, und das alles in einem einzigen Programm. Alles, was benötigt wird, um eine hochwertige Stromversorgung zu produzieren, ist in der regelbasierten Designumgebung von Altium Designer enthalten.

Die meisten Designprogramme zwingen Sie dazu, separate Schaltplaneditoren, Router und Simulatoren zu verwenden, um ein einzelnes Produkt herzustellen. Dies führt zu einem ineffizienten Arbeitsablauf und zwingt Sie sogar dazu, Designwerkzeuge von Drittanbietern zu verwenden, um ein neues Design abzuschließen. Anstatt in dieser Art von fragmentierter Umgebung zu arbeiten, müssen Sie Ihre nächste SMPS-Platine in einem einheitlichen Designpaket erstellen.

Wenn Sie mit einheitlicher Designsoftware arbeiten, haben Sie Zugang zu allem, was Sie benötigen, um ein neues Produkt in einer einzigen Anwendung zu erstellen. Dies ist die Art von Umgebung, die Sie in Altium Designer finden werden. Alles, was Sie benötigen, ist in einer einzigen Anwendung, was es Ihnen ermöglicht, mit Leichtigkeit von der Konzeption zum Produkt zu gelangen.

Schließen Sie Ihr Design für die Stromversorgung mit den PCB-Layoutwerkzeugen in Altium Designer ab

Der größte Vorteil von Altium Designer gegenüber anderen PCB-Designplattformen liegt in seiner integrierten Designoberfläche, in der alles, was Sie für das Design und Layout von Stromversorgungsschaltungen benötigen, in einem einzigen Programm enthalten ist. Anstatt alles in separaten Programmen zu platzieren, umfasst Altium Designer einen kompletten Satz an Funktionen, die Sie benötigen, um Ihr PCB-Layout zu vervollständigen und es für die Herstellung vorzubereiten. Keine andere PCB-Designanwendung macht es so einfach, ein neues Produkt mit einem einzigen Programm auf den Markt zu bringen.

• Das Entwerfen Ihrer Stromversorgungsschaltungen, das Platzieren von Komponenten und das Verlegen von Leiterbahnen sind in Altium Designer einfache Aufgaben. Die regelbasierte Designumgebung in Altium Designer überprüft Ihr Layout sofort gegen Designregeln, während Sie Ihre Leiterplatte erstellen.

  Erfahren Sie mehr über die integrierte Designumgebung in Altium Designer.

• Die leistungsstarken Routing- und Layout-Tools in Altium Designer sind der Schlüssel zu Ihrer Produktivität und helfen Ihnen, innerhalb Ihrer mechanischen Anforderungen zu bleiben.

  Erfahren Sie mehr über die Routing-Funktionen in Altium Designer.

• Nachdem Sie Ihr Design für die Stromversorgungsschaltung erstellt und Schaltungssimulationen durchgeführt haben, können Sie Ihr Projekt und Simulationsdaten mit Ihrem Team über Altium 365 teilen.

  Erfahren Sie mehr darüber, wie Sie Ihre PCB-Projektdaten mit Altium 365 teilen.

Der komplette Satz an Funktionen für das Design von PCB-Stromversorgungen in Altium Designer.

Sie sollten nicht gezwungen sein, separate Programme für das PCB-Layout, die Simulation und das Schaltungsdesign zu verwenden, um Ihr nächstes Netzteil zu bauen. Sie können Netzteil-Schaltungsdesigns mit jeder Topologie mit der besten Schaltungsdesign-Software und Layout-Tools in Altium Designer erstellen. Keine andere Anwendung bietet Ihnen dasselbe Niveau an Unterstützung oder Produktivität wie Altium Designer.

Altium Designer auf Altium 365 bietet eine bisher in der Elektronikindustrie unerreichte Menge an Integration, die bisher der Welt der Softwareentwicklung vorbehalten war, und ermöglicht es Designern, von zu Hause aus zu arbeiten und beispiellose Effizienzniveaus zu erreichen.

Wir haben nur an der Oberfläche dessen gekratzt, was mit Altium Designer auf Altium 365 möglich ist. Sie können die Produktseite für eine detailliertere Funktionsbeschreibung oder eines der On-Demand Webinare überprüfen.