As Melhores Ferramentas de Design de Circuitos de Fonte de Alimentação com Simulação

De fontes de alimentação de bancada a circuitos reguladores de potência em placas embarcadas, os projetistas muitas vezes precisam criar um design e layout de circuito de fonte de alimentação personalizado. Esses circuitos parecem simples de projetar, mas é necessário o uso de ferramentas de simulação e verificação baseadas em SPICE no Altium Designer para criar um design de circuito de fonte de alimentação estável e de alta qualidade.

O Altium Designer oferece muito mais do que ferramentas de design de circuitos e simulação; você pode facilmente criar seu layout de PCB e preparar sua placa para a fabricação no Altium Designer. Continue lendo para ver como nosso software de design de circuitos ajuda você a criar o melhor design e layout de circuito de fonte de alimentação.

ALTIUM DESIGNER

Um pacote unificado de design de PCB que integra recursos de design de circuitos com um poderoso editor de PCB e recursos de simulação.

É fácil projetar um simples regulador de tensão, mas as fontes de alimentação de grau de produção vão muito além dos reguladores lineares. O design do circuito de fonte de alimentação para seu PCB pode se tornar muito complexo, e várias ferramentas são necessárias para criar seus esquemáticos, layout de PCB, simulações e arquivos de fabricação. Depois de determinar a melhor topologia de regulação e conversão de potência para o seu sistema, você precisará implementar seus circuitos em esquemáticos e verificar seu design.

Quando você tem acesso a um pacote de design integrado, pode projetar seus esquemas de fornecimento de energia, criar um layout de PCB de alta qualidade e executar simulações de circuito em um único programa. Continue lendo para ver como o melhor conjunto de recursos de simulação e design de circuitos pode ajudá-lo a criar e simular sua estratégia de conversão e regulação de energia.

Escolha um Regulador e uma Estratégia de Conversão de Energia

O design de circuitos de fornecimento de energia requer considerar todo o sistema em blocos, começando de um circuito conversor de AC para DC, passando por condicionamento de energia e estágios de conversão de energia. Algumas topologias de reguladores de tensão ou corrente podem fornecer múltiplas funções ao longo do processo de conversão de energia. No entanto, esses reguladores podem ser muito complexos e devem ser validados com simulações antes de prosseguir para a fabricação.

A figura abaixo mostra um diagrama de blocos exemplo que inclui todas as partes críticas de um fornecimento de energia. Esse tipo de sistema é destinado a fornecer conversão de energia de alta eficiência com um regulador chaveado. Ele poderia receber energia da rede e converter AC para DC com um retificador de ponte. A saída do retificador seria então passada para um circuito PFC, que suavizaria picos de corrente de um conversor chaveado. A entrada e saída seriam então filtradas para remover EMI conduzido e garantir que energia estável seja passada para as seções reguladoras.

Etapas de design de circuito de fornecimento de energia e diagrama de blocos do conversor.

A seção reguladora então precisa ser projetada com a topologia apropriada. A topologia de regulador mais comum é um regulador chaveado, resultando em uma fonte de alimentação SMPS. Essas fontes de alimentação podem ser projetadas para fornecer uma tensão de saída muito estável e regulação de alta eficiência. Elas também possuem muitas topologias bem conhecidas para conversão DC-DC.

Crie Qualquer Topologia de Regulador Com as Melhores Ferramentas de Design Esquemático

Criar a topologia de regulador que você precisa para garantir uma conversão de energia de alta eficiência requer o melhor conjunto de ferramentas de design esquemático. Você também precisará de acesso a um conjunto completo de componentes de PCB que inclua modelos CAD para uso no layout do seu PCB. Quando estiver pronto para iniciar o design do seu circuito de fonte de alimentação e encontrar os componentes necessários, use o conjunto completo de ferramentas de design de PCB no Altium Designer.

• O design de fontes de alimentação de alta tensão/corrente muitas vezes requer a colocação de um circuito PFC após o seu circuito conversor de AC para DC para suavizar picos de corrente na entrada.

  Saiba mais sobre design e análise de circuitos PFC.

• Ao projetar seu circuito regulador de comutação, certifique-se de escolher a frequência certa para o seu sinal PWM, pois isso influenciará a eficiência e o ripple na tensão e corrente de saída.

  Saiba mais sobre a seleção da melhor frequência para o seu regulador de comutação.

• Sua fonte de alimentação pode precisar ser isolada com um transformador para garantir a segurança do usuário.

  Saiba mais sobre fontes de alimentação isoladas vs não isoladas.

Crie cada seção do seu projeto de circuito de fonte de alimentação com as ferramentas de esquemáticos hierárquicos multicanais no Altium Designer.

Simulação Integrada para Projeto de Circuito de Fonte de Alimentação

Devido a preocupações de segurança e operacionais em torno de muitas fontes de alimentação e circuitos reguladores, há uma necessidade de simular cada seção de uma fonte de alimentação para garantir que ela forneça o comportamento elétrico desejado. Simular uma fonte de alimentação requer uma simulação SPICE que leva dados de componentes e modelos de subcircuitos diretamente dos seus esquemáticos. Esse tipo de simulação resolve então as Leis de Kirchhoff e a Lei de Ohm para garantir que seu projeto de circuito funcionará conforme o pretendido.

Os simuladores SPICE permitem que você realize algumas simulações críticas como parte do projeto de circuito de fonte de alimentação:

• Análise transiente para ver a tensão, corrente e saída de potência no domínio do tempo
• Análise de ruído para examinar como o ruído de entrada é transformado em ruído de saída
• Análise AC com varreduras de frequência em cada seção da fonte de alimentação
• Varreduras de parâmetros para iterar através de múltiplos valores de circuito e otimizar o projeto

A análise transiente será usada com mais frequência, pois esse tipo de simulação mostra como a fonte de alimentação é iniciada e atinge seu estado operacional no domínio do tempo. Você pode então determinar quais partes do sistema precisam mudar, e pode iterar através de valores de teste para os elementos do seu circuito com varreduras de parâmetros. Essas tarefas não requerem um pacote de simulação avançado, você pode realizar essas simulações e muitas outras no melhor software de design de PCB da indústria.

Use o Altium Designer para Simulações SPICE

O motor de simulação SPICE no Altium Designer é acessível dentro do editor esquemático, e ele tomará dados diretamente de suas bibliotecas de componentes e modelos. Essas simulações são fáceis de configurar e executar, e os dados podem ser salvos para uso em um programa de análise externo como o MATLAB. As ferramentas de varredura de parâmetros são ideais para otimizar o design do seu circuito de fonte de alimentação, e essas ferramentas produzirão múltiplos resultados que podem ser comparados em um único gráfico.

• Os circuitos de filtro são elementos básicos, mas são muito importantes para o design de fontes de alimentação, pois garantirão que seu sistema possa permanecer imune ao ruído de entrada.

  Saiba mais sobre controle de EMI/EMC com filtragem de fonte de alimentação.

• Preste atenção a qualquer ruído que seja gerado ou recebido no seu circuito regulador para garantir que não seja excessivo na saída da fonte de alimentação.

  Aprenda mais sobre a análise da margem de ruído na sua fonte de alimentação.

• O projeto de circuito de fonte de alimentação requer simulação SPICE para garantir que a potência de saída seja estável e atinja o valor desejado.

  Aprenda mais sobre como executar simulações SPICE com circuitos de fonte de alimentação no Altium Designer.

O simulador SPICE no Altium Designer ajuda você a verificar o projeto do seu circuito de fonte de alimentação e otimizar sua saída de potência.

Crie um Layout de PCB para Seu Projeto de Fonte de Alimentação

Uma vez que você criou o projeto do seu circuito de fonte de alimentação, é hora de capturar seus esquemas como um layout de placa de circuito em branco. Você pode então começar a organizar componentes, traçar rotas, projetar planos de potência, selecionar planos de terra e muito mais. Seu layout de PCB determinará as medidas de gerenciamento térmico que você terá que considerar para manter a temperatura da placa de circuito baixa, e você precisará obter componentes reais para todas as partes do seu projeto.

Altium Designer é mais do que um software de design de circuitos e simulação, é a aplicação de design de PCB mais poderosa da indústria para o desenvolvimento de produtos. Os projetistas de fontes de alimentação terão acesso a um conjunto completo de ferramentas de design de PCB para esquemáticos, layout físico, simulação e fabricação de PCB, tudo em um único programa. Tudo o que é necessário para produzir uma fonte de alimentação de alta qualidade está incluído no ambiente de design orientado por regras do Altium Designer.

A maioria dos programas de design obriga você a usar editores de esquemáticos, roteadores e simuladores separados para produzir um único produto. Isso resulta em um fluxo de trabalho ineficiente e até força você a usar ferramentas de design de terceiros para completar um novo design. Em vez de trabalhar neste tipo de ambiente fragmentado, você precisa criar sua próxima placa de circuito SMPS em um pacote de design unificado.

Quando você trabalha com software de design unificado, terá acesso a tudo o que precisa para criar um novo produto em um único aplicativo. Este é o tipo de ambiente que você encontrará no Altium Designer. Tudo o que você precisa está em um único aplicativo, permitindo que você passe do conceito ao produto com facilidade.

Conclua Seu Design de Fonte de Alimentação Com as Ferramentas de Layout de PCB do Altium Designer

A principal vantagem do Altium Designer sobre outras plataformas de design de PCB vem de sua interface de design integrada, onde tudo o que você precisa para o design e layout de circuitos de fornecimento de energia está incluído em um único programa. Em vez de colocar tudo em programas separados, o Altium Designer inclui um conjunto completo de recursos que você precisa para completar seu layout de PCB e prepará-lo para a fabricação. Nenhum outro aplicativo de design de PCB torna tão fácil levar um novo produto ao mercado com um único programa.

• Projetar seus circuitos de fornecimento de energia, posicionar componentes e traçar rotas são tarefas fáceis no Altium Designer. O ambiente de design baseado em regras no Altium Designer verifica instantaneamente seu layout contra as regras de design à medida que você cria sua placa de circuito.

  Saiba mais sobre o ambiente de design integrado no Altium Designer.

• As poderosas ferramentas de roteamento e layout no Altium Designer são chave para sua produtividade e ajudarão você a permanecer dentro de seus requisitos mecânicos.

  Saiba mais sobre os recursos de roteamento no Altium Designer.

• Uma vez que você tenha criado seu design de circuito de fornecimento de energia e realizado simulações de circuito, você pode compartilhar seu projeto e dados de simulação com sua equipe através do Altium 365.

  Saiba mais sobre o compartilhamento de dados do seu projeto de PCB com o Altium 365.

O conjunto completo de recursos de design de fornecimento de energia para PCB no Altium Designer.

Você não deveria precisar usar programas separados para layout de PCB, simulação e design de circuitos para construir sua próxima fonte de alimentação. Você pode criar designs de circuitos de fonte de alimentação com qualquer topologia usando o melhor software de design de circuitos e ferramentas de layout no Altium Designer. Nenhuma outra aplicação oferece o mesmo nível de suporte ou produtividade que o Altium Designer.

O Altium Designer no Altium 365 oferece uma quantidade sem precedentes de integração à indústria eletrônica, até agora relegada ao mundo do desenvolvimento de software, permitindo que os designers trabalhem de casa e alcancem níveis de eficiência sem precedentes.

Apenas arranhamos a superfície do que é possível fazer com o Altium Designer no Altium 365. Você pode verificar a página do produto para uma descrição mais aprofundada das funcionalidades ou um dos Webinars Sob Demanda.