Las mejores herramientas de diseño de circuitos de alimentación con simulación

Desde fuentes de alimentación de mesa hasta circuitos reguladores de potencia en tarjetas embebidas, los diseñadores a menudo necesitan crear un diseño y disposición de circuito de fuente de alimentación personalizado. Estos circuitos parecen simples de diseñar, pero se requieren las herramientas de simulación y verificación basadas en SPICE en Altium Designer para crear un diseño de circuito de fuente de alimentación estable y de alta calidad.

Altium Designer te ofrece mucho más que herramientas de diseño de circuitos y simulación de circuitos; puedes crear fácilmente tu disposición de PCB y preparar tu placa para la fabricación en Altium Designer. Sigue leyendo para ver cómo nuestro software de diseño de circuitos te ayuda a crear el mejor diseño y disposición de circuito de fuente de alimentación.

ALTIUM DESIGNER

Un paquete de diseño de PCB unificado que integra características de diseño de circuitos con un potente editor de PCB y características de simulación.

Es fácil diseñar un simple regulador de voltaje, pero las fuentes de alimentación de grado de producción van mucho más allá de los reguladores lineales. El diseño de circuito de fuente de alimentación para tu PCB puede volverse muy complejo, y se requieren múltiples herramientas para crear tus esquemáticos, disposición de PCB, simulaciones y archivos de fabricación. Después de determinar la mejor topología de regulación y conversión de potencia para tu sistema, necesitarás implementar tus circuitos en esquemáticos y verificar tu diseño.

Cuando tienes acceso a un paquete de diseño integrado, puedes diseñar tus esquemáticos de suministro de energía, crear un diseño de PCB de alta calidad y ejecutar simulaciones de circuitos en un solo programa. Sigue leyendo para ver cómo el mejor conjunto de características de simulación y diseño de circuitos puede ayudarte a crear y simular tu estrategia de conversión y regulación de energía.

Elige un Regulador y una Estrategia de Conversión de Energía

El diseño de circuitos de suministro de energía requiere considerar todo el sistema en bloques, comenzando desde un circuito convertidor de AC a DC, y pasando por etapas de acondicionamiento de energía y conversores de potencia. Algunas topologías de reguladores de voltaje o corriente pueden proporcionar múltiples funciones a lo largo del proceso de conversión de energía. Sin embargo, estos reguladores pueden ser muy complejos y deben ser validados con simulaciones antes de proceder a la fabricación.

La figura a continuación muestra un diagrama de bloques de ejemplo que incluye todas las partes críticas de un suministro de energía. Este tipo de sistema está destinado a proporcionar una conversión de energía de alta eficiencia con un regulador conmutado. Podría recibir energía de la red y convertir de AC a DC con un rectificador de puente. La salida del rectificador sería luego pasada a un circuito PFC, que suavizaría los picos de corriente de un convertidor conmutado. La entrada y salida serían luego filtradas para eliminar la EMI conducida y asegurar que la energía estable sea pasada a las secciones reguladoras.

Etapas de diseño de circuitos de suministro de energía y diagrama de bloques del convertidor.

La sección reguladora entonces necesita ser diseñada con la topología apropiada. La topología de regulador más común es un regulador conmutado, proporcionando una fuente de alimentación SMPS. Estas fuentes de alimentación pueden ser diseñadas para proporcionar un voltaje de salida muy estable y una regulación de alta eficiencia. También tienen muchas topologías bien conocidas para la conversión DC-DC.

Cree cualquier topología de regulador con las mejores herramientas de diseño esquemático

Crear la topología de regulador que necesita para asegurar una conversión de energía de alta eficiencia requiere el mejor conjunto de herramientas de diseño esquemático. También necesitará acceso a un conjunto completo de componentes de PCB que incluyan modelos CAD para usar en su diseño de PCB. Cuando esté listo para comenzar el diseño de su circuito de suministro de energía y encontrar los componentes que necesita, utilice el conjunto completo de herramientas de diseño de PCB en Altium Designer.

• El diseño de suministros de energía de alta tensión/corriente a menudo requiere colocar un circuito PFC después de su circuito convertidor de AC a DC para suavizar los picos de corriente en la entrada.

  Aprenda más sobre el diseño y análisis de circuitos PFC.

• Cuando diseñe su circuito regulador conmutado, asegúrese de elegir la frecuencia correcta para su señal PWM, ya que esto influirá en la eficiencia y el rizado en el voltaje y corriente de salida.

  Aprenda más sobre la selección de la mejor frecuencia para su regulador conmutado.

• Su fuente de alimentación puede necesitar ser aislada con un transformador para asegurar la seguridad del usuario.

  Aprenda más sobre fuentes de alimentación aisladas vs no aisladas.

Cree cada sección de su diseño de circuito de fuente de alimentación con las herramientas de esquemas jerárquicos multicanal en Altium Designer.

Simulación Integrada para el Diseño de Circuitos de Fuente de Alimentación

Debido a las preocupaciones de seguridad y operativas alrededor de muchas fuentes de alimentación y circuitos reguladores, es necesario simular cada sección de una fuente de alimentación para asegurar que proporciona el comportamiento eléctrico deseado. Simular una fuente de alimentación requiere una simulación SPICE que toma datos de componentes y modelos de subcircuitos directamente de sus esquemas. Este tipo de simulación resuelve entonces las Leyes de Kirchhoff y la Ley de Ohm para asegurar que su diseño de circuito funcionará como se pretende.

Los simuladores SPICE le permiten realizar algunas simulaciones críticas como parte del diseño de circuitos de fuente de alimentación:

• Análisis transitorio para ver el voltaje, corriente y potencia de salida en el dominio del tiempo
• Análisis de ruido para examinar cómo el ruido de entrada se transforma en ruido de salida
• Análisis de CA con barridos de frecuencia en cada sección de la fuente de alimentación
• Barridos de parámetros para iterar a través de múltiples valores de circuito y optimizar el diseño

El análisis transitorio se utilizará con mayor frecuencia ya que este tipo de simulación muestra cómo la fuente de alimentación se inicia y alcanza su estado operativo en el dominio del tiempo. Entonces, puedes determinar qué partes del sistema necesitan cambiar, y puedes iterar a través de valores de prueba para los elementos de tu circuito con barridos de parámetros. Estas tareas no requieren un paquete de simulación avanzado, puedes realizar estas simulaciones y muchas más en el mejor software de diseño de PCB de la industria.

Usa Altium Designer para Simulaciones SPICE

El motor de simulación SPICE en Altium Designer es accesible dentro del editor esquemático, y tomará datos directamente de tus bibliotecas de componentes y modelos. Estas simulaciones son fáciles de configurar y ejecutar, y los datos se pueden guardar para usar en un programa de análisis externo como MATLAB. Las herramientas de barrido de parámetros son ideales para optimizar el diseño de tu circuito de fuente de alimentación, y estas herramientas producirán múltiples resultados que se pueden comparar en un solo gráfico.

• Los circuitos de filtro son elementos básicos, pero son muy importantes para el diseño de fuentes de alimentación ya que asegurarán que tu sistema pueda permanecer inmune al ruido de entrada.

  Aprende más sobre el control de EMI/EMC con filtrado de fuente de alimentación.

• Preste atención a cualquier ruido que se genere o reciba en su circuito regulador para asegurarse de que no sea excesivo en la salida de la fuente de alimentación.

  Aprenda más sobre el análisis del margen de ruido en su fuente de alimentación.

• El diseño del circuito de la fuente de alimentación requiere simulación SPICE para asegurar que la potencia de salida sea estable y alcance el valor deseado.

  Aprenda más sobre cómo realizar simulaciones SPICE con circuitos de fuentes de alimentación en Altium Designer.

El simulador SPICE en Altium Designer le ayuda a verificar su diseño de circuito de fuente de alimentación y optimizar su salida de potencia.

Cree un Diseño de PCB para Su Diseño de Fuente de Alimentación

Una vez que haya creado su diseño de circuito de fuente de alimentación, es hora de capturar sus esquemáticos como un diseño de placa de circuito impreso en blanco. Luego puede comenzar a organizar componentes, trazar rutas, diseñar planos de potencia, seleccionar planos de tierra y mucho más. Su diseño de PCB determinará las medidas de gestión térmica que tendrá que considerar para mantener baja la temperatura de la placa de circuito, y necesitará obtener componentes reales para todas las partes de su diseño.

Altium Designer es más que un software de diseño y simulación de circuitos; es la aplicación de diseño de PCB más potente de la industria para el desarrollo de productos. Los diseñadores de fuentes de alimentación tendrán acceso a un conjunto completo de herramientas de diseño de PCB para esquemáticos, diseño físico, simulación y fabricación de PCB, todo en un único programa. Todo lo necesario para producir una fuente de alimentación de alta calidad está incluido en el entorno de diseño basado en reglas de Altium Designer.

La mayoría de los programas de diseño te obligan a usar editores de esquemáticos, enrutadores y simuladores separados para producir un único producto. Esto resulta en un flujo de trabajo ineficiente e incluso te obliga a usar herramientas de diseño de terceros para completar un nuevo diseño. En lugar de trabajar en este tipo de entorno fragmentado, necesitas crear tu próxima placa de circuito SMPS en un paquete de diseño unificado.

Cuando trabajas con software de diseño unificado, tendrás acceso a todo lo que necesitas para crear un nuevo producto en una sola aplicación. Este es el tipo de entorno que encontrarás en Altium Designer. Todo lo que necesitas está en una sola aplicación, lo que te permite pasar del concepto al producto con facilidad.

Finaliza tu diseño de fuente de alimentación con las herramientas de diseño de PCB en Altium Designer

La principal ventaja de Altium Designer sobre otras plataformas de diseño de PCB radica en su interfaz de diseño integrado, donde todo lo que necesitas para el diseño y la disposición del circuito de suministro de energía está incluido en un único programa. En lugar de colocar todo en programas separados, Altium Designer incluye un conjunto completo de características que necesitas para completar tu diseño de PCB y prepararlo para la fabricación. Ninguna otra aplicación de diseño de PCB hace que sea tan fácil llevar un nuevo producto al mercado con un solo programa.

• Diseñar tus circuitos de suministro de energía, colocar componentes y trazar rutas son tareas fáciles en Altium Designer. El entorno de diseño basado en reglas de Altium Designer verifica instantáneamente tu diseño contra las reglas de diseño a medida que creas tu placa de circuito.

  Aprende más sobre el entorno de diseño integrado en Altium Designer.

• Las potentes herramientas de enrutamiento y disposición en Altium Designer son clave para tu productividad y te ayudarán a mantenerte dentro de tus requisitos mecánicos.

  Aprende más sobre las características de enrutamiento en Altium Designer.

• Una vez que hayas creado tu diseño de circuito de suministro de energía y realizado simulaciones de circuito, puedes compartir tu proyecto y datos de simulación con tu equipo a través de Altium 365.

  Aprende más sobre compartir los datos de tu proyecto de PCB con Altium 365.

El conjunto completo de características de diseño de suministro de energía de PCB en Altium Designer.

No deberías tener que usar programas separados para el diseño de PCB, simulación y diseño de circuitos para construir tu próxima fuente de alimentación. Puedes crear diseños de circuitos de fuentes de alimentación con cualquier topología usando el mejor software de diseño de circuitos y herramientas de diseño en Altium Designer. Ninguna otra aplicación te ofrece el mismo nivel de soporte o productividad que Altium Designer.

Altium Designer en Altium 365 ofrece una cantidad sin precedentes de integración a la industria electrónica que hasta ahora estaba relegada al mundo del desarrollo de software, permitiendo a los diseñadores trabajar desde casa y alcanzar niveles de eficiencia sin precedentes.

Solo hemos arañado la superficie de lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puedes consultar la página del producto para una descripción más profunda de las características o uno de los Seminarios Web Bajo Demanda.