【我与WEBENCH】便携式设备电源设计

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论坛活动(电源设计)

题 目:  【我与WEBENCH】      

         便携式设备电源设计      
           

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2014年01月15日

便携式设备电源设计

摘  要

       自从德州仪器于1999年推出 WEBENCH 网上设计工具后，设计工程人员便可在数分钟内于网上创建出可靠的电源供电电路，用户只要输入所要求的电路性能， WEBENCH 工具套件便可完成设计。今天，WEBENCH 设计工具可以在数秒间创建和展示出所有符合设计要求的可行方案，包括电源供应器、照明系统和传感电路等，让用户可在决定设计方案前，从系统和供应链的角度比较来自不同设计的数值，而这种专业的分析工具在业内可说是唯一的。

使用WEBENCH设计工具进行电源方案设计，将利用WEBENCH工具的设计方案与实际设计中的电源方案进行对比，从效率、成本、设计周期、调试等角度来分析WEBENCH，并通过工程的建立，电源的设计来形象的展示WEBENCH的便捷和强大。

       WEBENCH 设计工具把不同的软件算法与可视接口集结到同一个平台上，帮助设计人员针对电源、照明和传感应用轻松地创建出精简及功能强大的设计。

关键词： WEBENCH，德州仪器，电源方案，对比











1       WEBENCH介绍
1.1     什么是WEBENCH
       它是一款把不同的软件算法与可视接口集结到同一个平台上，帮助设计人员针对电源、照明和传感应用轻松地创建出精简及功能强大的设计的设计工具软件。
1.2     WEBENCH由哪些工具组成

WEBENCH® FPGAPower Architect 、WEBENCH® Power Architect、WEBENCH® LED Architect、WEBENCH® Visualizer、WEBENCH® 优化旋钮、WEBENCH® 电源设计工具、WEBENCH® LED 设计工具和WEBENCH® 传感器设计工具这些工具共同组成了强大的WENENCH。

1.3     WEBENCH设计步骤
       WEBENCH 设计环境 (Design Environment) 是一种具有 4 个简单步骤的端到端原型设计系统（如图）：
1、 用户输入设计参数，WEBENCH则提供合适的解决方案。
2、 用户选择了一款器件后，WEBENCH设计环境将创建一个设计，并为用户提供优化能力。
3、 用户还可以使用WEBENCH 设计环境仿真器进行设计的微调。
4、 最后利用“Build It”功能可迅速针对所选器件提供定制原型制作套件。

图1-1设计步骤

       WEBENCH® Power Designer 的所有高级工具皆可用于针对您的设计提出问题。这样，用户就能使用 WEBENCH 的各项功能，如查看和变更 BOM、查看关键性的操作数值（例如效率和负载电流）、实施电气仿真、进行热仿真（假如可用）并运用 WEBENCH Build It 功能（倘若可用）获得原型制作套件。

图1-2高级工具

2       方案详情

      本次将利用WEBENCH来产生一个便携式电源设计的方案，分别与TI的LaunchPad产品以及我手里的项目设计的电源方案进行全方位比较。
2.1     项目方案详情

      随着时代的发展，越来越多的移动便携式设备出现在人们的生活中。便携式设备不同于家用电器，便携式设备的电源要随它一起移动，所以锂电池走进了大家的视野中。这里讲介绍以锂电池供电，太阳能充电的系统。
      它使用的是太阳能板和锂电池组成电源系统，以及板子上的IC资源组成一个完成的电源管理系统。

图2-1-1锂电池和太阳能板

图2-1-2 电源芯片

2.2     WEBENCH方案详情
2.2.1       开启

要开展一个电源供应设计，可点击页面右边 WEBENCH Designer 控制台上的 电源 标签，然后输入您要求的输入电压范围、输出电压、负载电流和环境温度。接着，点击红色的 "开始设计" 按钮便可开始使用 WEBENCH 去设计电源供应系统。此外，您可点击"Power Architect" 按钮设计多负载的电源供应系统。

图2-2-1 电源供应设计参数设置

2.2.2       软件加载

  当按下"开始设计"键后，新的窗口便会打开并且显示 WEBENCH 设计工具正在加载，这过程需要30到60秒，视乎您的网络和处理器速度而定。WEBENCH 需要 Adobe Flash 来运行，如果您的计算机没有安装 Flash 程序，WEBENCH Designer 将会提示您进行安装。

图2-2-1 软件加载

2.2.3       选择方案

这里会有如下这样的选择项：easiestto use Low EMI——最小覆盖面积、Easy to use Cost effective——最低成本、Maximum flexibility High performance——最高效率、compareAll part types——比较所有的类型。如果你的参数还没有设置好，当然这一步可以跳过去。

图2-2-3 方案的选择

2.2.4       Visualizer -  导览图示

  在该页面的上方设有一行导览图示，而正在使用的图标上的文字将以黄色表示，其它图示则分别表示不同的步骤。在这页面中：

• "New" 按钮将引领您到入口控制台，让您输入新的设计参数
• "Solutions" 按钮则会显示其它适用于您设计方案的零件，但该些零件不一定获得 WEBENCH Designer 的支持
• "View Demo" 按钮可带领您进入WEBENCH Visualizer 工具的使用说明页面
• 有关WEBENCH® Visualizer更多专家帮助，看这里（http://www.ti.com.cn/lsds/ti_zh/analog/webench/visualizer.page）。
  
  

图2-2-4 导览图示

2.2.5       Visualizer - 选择您最佳的解决方案

在 Visualizer 页面中，点击您最佳解决方案旁边的 "Start Design" 按钮，然后 WEBENCHDesigner 便会为您的设计产生材料清单 (BOM) 和原理图，而在 WEBENCH 的工具列中将显示每一个组件的可用WEBENCH 功能：

• "CC" 表示电路计算器是否适用于您的解决方案
• "thermometer" 表示 WebTHERM 温度模拟是否适用于您的解决方案
• "sine wave" 表示电气模拟是否适用于您的解决方案
• "shopping cart" 表示 Build It 定制原型建立套件是否可提供给您的解决方案。(不是所有零件皆拥有所有的功能特色
  

图2-2-5解决方案的选择

2.2.6       设计摘要 - 右边控制台

设计摘要页面是WEBENCH Designer 的主页，在该处您可通过点击上方的导览图示进入其它的页面，又或可在页面中点击控制台进行工作，控制台的功能如下：

• "Charts" 控制台可显示随输入电压和负载电流而变化的重要操作数值图表，包括效率、占空比、电流、功率耗散和相角余裕等。
• "Schematic" 控制台可显示设计的原理图
• "Optimize" 控制台让您通过转动旋钮从小尺寸、高效率和低成本的角度优化您的设计。该页面还会显示不同优化设定级的主要参数图表，让您可立刻比较不同设定级下的大小、效率和成本。
• "Op Vals" 控制台可显示一系列与图标功能类似的主要操作数值表列，在该处您可更改输入电压和负载电流的数值以查看参数的变化，比方是效率、占空比、电流、功率耗散和相角余裕等。在某些情况下，控制台还会显示出一些特别功能的图表，例如是 LED 热能回折和 LED Triac 调光等。
• 材料清单 "BOM" 控制台可显示您设计所需的所有组件，您可在该处检视组件的制造商、零件编号和参数值，您也可更改设计中的组件，或在有需要的时候加入定制组件。
• "Sim" 按钮将会带领您进入电气模拟页面，在该处您可进行模拟以检视电路的态动特性，模拟范围包括波特图、稳态、开启、输入瞬态和负载瞬态等。
• "Your CompleteDesign" 控制台提供有用的网页连结，让您可获取样品、购买零件、下载 CAD 文件和设计报告。
  
  

图2-2-6设计后续查看

2.2.7       设计摘要 - 导览图示

       当创建好您的设计后，您将会被引领到 WEBENCH 设计摘要页面，在页面的上方有一列导览图示，它可让您在步骤间来回转换，图标的功能如下：

• "Back" 按钮让您返回上一个步骤。
• "New" 按钮引领您到入口控制台以输入新的设计参数。
• "Solutions" 按钮则会显示其它适用于您设计方案的零件，但该些零件不一定获得 WEBENCH Designer 的支持。
• "Visualizer" 按钮将带领您到一个页面，在该处可显示符合您输入要求的不同的WEBENCH 解决方案，您也可在该处使用不同的稳压器和另一组组件去创建新的设计
• "BOM" 按钮可显示您设计所需的所有组件，您可在该处检视组件的制造商、零件编号和参数值，您也可更改设计中的组件，或在有需要的时候加入定制组件。
• "Charts" 控制台可显示随输入电压和负载电流而变化的重要操作数值图表，包括效率、占空比、电流、功率耗散和相角余裕等。
• "Schematic" 控制台可显示设计的原理图。
• "Optimize" 按钮让您透过转动旋钮从小尺寸、高效率和低成本的角度优化您的设计。该页面还会显示不同优化设定级的主要参数图表，让您可实时比较不同设定级下的大小、效率和成本。
• "Op Vals" 按钮可显示一系列与图标功能类似的主要操作数值表列，在该处您可更改输入电压和负载电流的数值以查看参数的变化，比方是效率、占空比、电流、功率耗散和相角余裕等。在某些情况下，控制台还会显示出一些特别功能的图表，例如是 LED 热能回折和 LED Triac 调光等。
• "Sim" 按钮将会带领您进入电气模拟页面，在该处您可进行模拟以检视电路的态动特性，模拟范围包括波特图、稳态、开启、输入瞬态和负载瞬态等。
• "Thermal" 按钮可带领您进入温度模拟页面，让您可为设计进行电路板温度模拟以找出及解决散热的问题，您可在该处修改比如是输入电压、负载电流、环境温度和铜板厚度及气流等环境参数。当模拟完成后，画面会显示出一个彩色的热能分布图，但请注意该功能并不适用于所有的 WEBENCH 设计。
• "Build It" 按钮可带领您进入订购页面，在该处您可亢订购符合您设计要求的定制原型建模套件，您也可下载相关的 CAD 和 Gerber 文件，然而，这功能与温度模拟一样，亦不适用于所有的 WEBENCH 设计。
• "Print" 按钮可为您产生设效报表，包括原理图、才料清单和图表等记录文件。
  

2.2.8       选择设计方案

2.2.9       查看原理图

2.2.10  电气仿真

2.2.11  材料清单

2.2.12  热仿真

2.2.13  生成文件

2.3     TI LaunchPad的供电方案
       去年的一年可以说是LaunchPad的一年，从LaunchPad的疯狂大派送，到LaunchPad的升级改造，到最后的LaunchPad的新品的推出。LaunchPad无疑赚足了眼球，那下面来简单的看下LaunchPad的供电方案。

LaunchPad现有MSP-EXP430G2、MSP-EXP430F5529LP、LAUNCHXL-F28027、LAUNCHXL-F28027F、TIVA™ C Series TM4C123G LaunchPad、HerculesTMS570LS04、Hercules RM42。

现在以MSP-EXP430G2LaunchPad为例，来简单的了解下。LaunchPad是使用的USB线供电的，MSP-EXP430G2 LaunchPad是提供的接口是MINI USB B型接口，从图2-3-1中可以看到，由MINI USB 引出EZ_VBUS通过一个100nf的电容接地然后接到TPS77301的5脚和6脚上。

图2-3-1 MSP-EXP430G2 LaunchPad电源部分原理图

图2-3-2 MSP-EXP430G2 LaunchPad电源部分

2.4     三种方案的比较                                                      

比较角度	WEBENCH方案	LaunchPad方案	实际方案
效率	95%	/	/
成本	$4.4	<<$4.3	$4
设计周期	8h	10h	48h
调试难易度	简单	简单	较困难
其他

3       总结

自从德州仪器于1999年推出 WEBENCH 网上设计工具后，设计工程人员便可在数分钟内于网上创建出可靠的电源供电电路，用户只要输入所要求的电路性能， WEBENCH 工具套件便可完成设计。今天，WEBENCH设计工具可以在数秒间创建和展示出所有符合设计要求的可行方案，包括电源供应器、照明系统和传感电路等，让用户可在决定设计方案前，从系统和供应链的角度比较来自不同设计的数值，而这种专业的分析工具在业内可说是唯一的。

所有这些设计工具都可通过WEBENCH Visualizer 接口提供出多个不同的完整系统选择 (一目了然的数值比较！) ，而设计工程人员只需调校 WEBENCH 优化旋钮便可从大小、效率和系统成本的角度调整结果。

同时我们也发现使用WEBENCH设计的电源，有更多的选择，更快的设计方案，更便捷的操作，更方便的选购，更高的效率，加油WEBENCH，加油TI！
4       附录
内容在WORD，嘿嘿

chen8710

谢谢。看看