WEBENCH工具：高级电源设计也能如此简单

WEBENCH是一款功能非常强大的在线设计和仿真工具。WEBENCH工具能够完成从器件选型到最终PCB输出和样机的一体化设计。相比手工计算，WEBENCH能够将6个星期的设计时间压缩到一两个小时来完成。最近，WEBENCH新增了三个高级电源设计功能，从而能让设计变得更轻松。 WEBENCH设计工具可用于电源、LED照明、传感器、有源滤波器、时钟和接口等模拟设计。在中国，高级电源用户的比例从18%增长到接近30%。同时，全球高级用户正在增长，而中国的增长速度是全球平均速度的2倍。中国正在从制造中心走向创造、设计的方向。针对这一趋势，德州仪器WEBENCH设计中心总监Jeff Perry专门介绍了WEBENCH电源设计的最新境况。

图1：德州仪器WEBENCH设计中心总监Jeff Perry。
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Jeff首先谈道，用WEBENCH设计工具进行电源设计的步骤包括： 首先选择一个器件，包括对输入电压、输出电压和输入电流等的考虑。 然后用可视化编辑器选择解决方案，并使用高级选项来进行复杂设计控制。“可视化编辑器选择解决方案不是静态的数据库，而是会根据用户的输入参数（尺寸、幅度等）做动态计算。” 再是用优化器来改进占板面积、价格和效率等参数。“电源优化器可以帮助用户实现更多方案选择。比如电源可能需要高效率，或者是要体积较小，或者希望价格较低。这些都可以根据这个优化选项进行选择。”Jeff表示，“该优化选项力求让用户觉得简单好用，因此采用一些旋钮方案进行优化。在每次优化时，设计是可以动态重新计算，而不是在原来设计中进行挑选。在选择不同优选项时都会有很多的设计。” 当用户从可视化方案选择器中选择好方案时，可以打开这个设计，继续查看电路原理图、更改 BOM，查看主要的工作值，并可用补偿设计工具来自动或手动修改控制回路。 然后是分析和仿真工具，用仿真输出功能在CAD工具中执行电气分析或仿真。“这个工具是业界最简单的一个工具，用户只需要进入仿真界面，选择需要的仿真情况，点击就可以直接进入仿真。同时，WEBENCH除了电路仿真之外还支持热仿真。对一些电源设计来说，热问题是一个非常关键的问题。用WebTHERM工具可生成布局布线、编辑布局布线并完成散热分析。 通过新的原理图编辑器，用户可以选择所需要的器件，修改它的参数，完成定制化的设计。 最后是输出工具。当用户做完仿真后，可以通过该输出工具将设计导出到五种常用的CAD环境中。

图2：WEBENCH工具完成从器件选型到最终PCB输出和样机的一体化设计。
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 电源设计由6个星期缩短至2小时完成 为什么用户喜欢选择WEBENCH工具呢？最大的原因是，工程师通过这个工具可以省去大量的设计时间。“如果我们所有东西都通过手工去计算设计，大概会用到6个星期的时间，通过WEBENCH可能只要一两个小时就可以完成。”Jeff表示。

图3：WEBENCH工具16年来的建模和验证经验。
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WEBENCH可视化工具的可视化方案处理器中有很多的电源设计方案，其中包括效率、价格和尺寸等参数，用户可以非常直观地看到哪些设计符合要求。当用户打开一个设计后便可以看到很多工作台，包括原理图和BOM表。要进行仿真分析，点击上面的按钮即可——这些按钮分别代表电路特性仿真和热仿真。

图4：WEBENCH可视化编辑器可在几秒钟内计算出65个设计。这里的转盘代表高效率、小封装以及低成本，可以通过它来对这些参数进行权衡。
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最近，WEBENCH新增了三个高级电源设计工具。第一个是高级选择的优化器。第二个是环路补偿工具。对于电源设计来说，要使得一个电源稳定是个非常难的问题，我们这个工具是帮助工程师和设计师完成这部分的工作。第三个是仿真输出工具。WEBENCH支持单独的仿真，但对用户来说，想设计大系统比较困难。用户通过这个仿真输出工具让仿真输出到专业软件里，从而可完成系统级的设计。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 高级电源设计工具：简单操作实现专业级服务 为什么需要高级电源设计工具呢？Jeff指出，WEBENCH实现的设计比较好地考虑到了成本、效率和价格等参数，而高级用户会想要进行更多电源输入参数的设置。 WEBENCH使用户能够定制详细参数，例如电感纹波、电流纹波之类的参数。这样用户可以更好地满足其系统要求。 WEBENCH力求通过简单的操作，给用户提供一个专业级的服务。首先它能定制化参数。在电源设计时用户可定制化效率、纹波和系统软启动时间等，甚至是一些器件参数。用户可以定制需要的特性，比如针对IC，可以选择是否有外部同步功能，是否具有轻载高效特性或者使能功能，甚至可以选择IC在设计电源时是采用电压模式还是电流控制模式。然后，用户可以定制排序和分类。WEBENCH默认情况会根据效率、大小、价格进行均衡和方案排列，针对用户的定制化要求进行选择。

图5：通过添加LC滤波器，开关纹波从7mV降低到3mV。
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WEBENCH补偿工具是专门针对专业电源工程师使用的。电源转换器补偿设计的目的是，找到满足频域技术规格（相位裕量、增益裕量、截止频率及低频增益）的最佳补偿参数（Rcomp、Ccomp等）。其设计目标包括：回路的高带宽（BW）（Fsw/10＜Fxover＜Fsw/5）——对负载和线路瞬变以及低过冲的快速响应；充足的相位裕量（PM）（在 40°~60°的温度范围内）——确保低稳定时间和高稳定性；充足的增益裕量 （GM）（>10dB）——低反馈噪声灵敏度；以及高DC增益（范围 70dB~90dB）——小稳定状态误差。

图6：WEBENCH补偿工具的特点和范围。
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为什么需要有这样的特性呢？Jeff解释道：“WEBENCH一开始就帮我们设计了好的参数。但是很多客户想定制化自己的一些参数，他们会选择自己的一些器件。当他们改变了我们整个设计的参数时，WEBENCH并不能保证设计是非常稳定的。WEBENCH支持定制化参数，不管定制好后，系统是否很稳定，性能是否很好。因此，这个工具在客户定制化参数时，能够帮助客户重新计算环路参数，使整体设计回到稳定情况。”

图7：高级自动重新补偿。
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图8：手动重新补偿——改变器件或零极点。
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最后是仿真输出工具。仿真输出工具是支持从原理图到PCB到仿真整体设计输出。当用户完成设计时，WEBENCH可以输出一个PDF文档，包括非常详细的仿真信息和整个电路的工作特性。WEBENCH现在可以支持原理图和PCB输出。它支持多种CAD的格式，包括Altium Designer、OrCAD/Allegro、Mentor Graphics DxDesigner/PADs、DesignSpark和CadSoft Eagle这五个CAD工具。同时，WEBENCH仿真也是支持三个文件的输出——支持Altium Designer、Tina和OrCAD软件的仿真。

图9：仿真输出工具支持5种CAD格式和3种文件输出。
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