功率分析工具简介

数字电源是一种系统，可让您使用针对电源设备的特殊控制技术转换能量。在数字电源系统的设计中，主要目标是最大限度地提高使用数字管理和控制机制的电源应用的效率。通过这种方式，可以使用数字硬件和软件算法监控和监督数据和信息。该控制有助于实时提供信息，从而允许自动调整能量流以实现高效率。对于这样一个微妙的领域，不可能即兴创作不同的电路：必须考虑多种用途，例如性能、效率、电压、温度、消耗和安全性。

功率分析工具

有旨在分析和测试适用于能量转换的不同类型应用的硬件和软件工具，以协助设计人员开发功率器件。从这个意义上说，数字电子设备有助于控制并提高测量和系统响应的精度和可靠性。让我们通过将它们放在最合适的应用领域来检查其中的一些。

五金工具

在硬件层面，公司提供电子评估板，设计人员可以使用它在开发阶段以简单、安全和快速的方式测试系统。这些大多是旨在简化大功率应用设计的控制器。这些设备允许简单的模块化设计，并为最关键的环境提供高度稳健的解决方案，通常由硬件评估和仿真工具支持。作为一个例子，让我们看看该行业的一些产品。很明显，数百家公司与许多汽车制造商合作，正在开发功能越来越强大的数字电源系统。

评估板

评估板通常是逆变器，设计用于执行定向检查，带或不带传感器，标称功率为几瓦。它们通常由低损耗和快速桥组成。例如，意法半导体的 STEMAL-IHM045V1 型号是一款标称功率高达 100 W 的正弦三相逆变器。它由一个基于 STGIPN3H60A SLLIMM 的 3A / 600 V IGBT 的三相通道组成。

如果您想要不同的、更强大的东西，可以使用英飞凌科技的 EVAL-IGBT-D2PAK-40A 板。它是 40 A、650 V 半桥 D2Pak 转换器的评估板。它允许使用安装在 IMS 上的 D2Pak 容器中的 IGBT IKB40N65EH5 评估半桥拓扑中的 650 V TRENCHSTOP 5。该板有两 (2) 个变体：

HB 在 D2Pak 中带有两 (2) 个 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 开关；

HB 在 D2Pak 中带有四 (4) 个 40A 650V TRENCHSTOP 5 IGBT 开关（2 个并联开关）(EVAL-IGBT-D2PAK-80A)。

该板允许快速轻松地控制。与在 TO247 通孔封装中使用 IGBT 的传统设计相比，它根据在 IMS 上组装的 HB IGBT D2Pak 功率转换器的高功率密度和极其紧凑的尺寸进行分类。与典型的 TO247 解决方案相比，SMD 解决方案提高了功率转换器的效率，因为 IGBT 上的功率损耗更小、IGBT 结温更低，以及运行期间的 VCE 关断峰值更低。D2Pak 外壳盖转换器的设计提高了性能并增加了功率密度和可靠性。

模拟工具的 EVAL-ADP1048 模型（图 1）代表另一个评估板。

作为一种典型的功率因数校正（PFC）交直流开关电源，该电路设计用于从85 VRMS AC和265 VRMS AC之间的输入电压源提供385 V/600 W的额定负载。它实现了几乎单一的功率因数、低输入电流失真、输出电压调节、电流保护、检测和保护交流线路故障、过温保护、，以及供应的相对中断。效率性能可以通过轻负载、调节输出电压和降低工作频率来优化。交流输入由输入端子、EMI滤波器、浪涌继电器和相关控制电路组成，D1是用于传输主电源的整流桥。D4用于感应输入电压。升压电路由电感器（L2）、开关（Q1）和二极管（D2）组成。栅极信号通过ADP3634驱动器来自ADP1048（U1）。热敏电阻（RTD1）位于MOSFET附近的电路板上，可以防止过热。

图1：模拟设备的EVAL-ADP1048评估板

软件工具

在软件基础上也有许多创新。大多数程序都涉及优化应用程序。寻找设备的最佳工作点使我们能够在各个方面获得最佳性能，有利于安全、节能、动力、重量和尺寸，尤其是效率。该字段此时是数字的。拥有跟踪所有功率响应曲线的程序和应用程序至关重要。其中一些会收取费用，另一些则免费且可从网上免费下载。甚至这些类型的软件也被标记为未来的实用程序，因为它们是设计不可或缺的基础。让我们快速看一下这个有价值的优化软件。其中之一是瑞萨电子 CompZL。CompZL 是一款功能强大且易于使用的软件工具，可进行 PID 优化。

另一个非常有效的软件工具是德州仪器的 powerSUITE。它是一套软件工具（也可以从名称中推断出来），用于为德州仪器 (TI) 的 C2000 系列微控制器（MCU Real-Time）设计数字电源。该计划可帮助电源工程师和设计人员在设计基于 C2000 实时 MCU 的数字控制电源时显着缩短开发时间。他们中的许多人正在从基于模拟的电源项目转向基于数字的项目，因此需要简单直观的工具来帮助他们评估、开发和测试项目。PowerSUITE 包含三种不同的工具，可帮助工程师以几乎无痛的方式处理数字电源系统的不同设计阶段：

解决方案适配器模块允许修改专用于 TI 数字电源的库中现有的代码示例，并允许对板进行自定义配置。该工具还允许设计人员选择要适应的电源拓扑，为该拓扑选择最相关的选项（例如磁值），并允许将这些选项定制到解决方案中，以实现极其个性化的设计；

Compensation Designer 模块允许设计不同样式的补偿器（例如 PID、2p2z、3p3z）以获得所需的闭环性能。这可以使用系统的测量数据或由前一个模块建模的功率级来实现。必须在设备上编程的系数由应用程序生成，可以直接复制到代码中；

软件频率响应分析仪 (SFRA) 模块允许测量功率转换器的开环增益。从而快速轻松地测量电源带宽、增益裕度和相位裕度。

图 2：德州仪器的 powerSUITE 软件

结论

开发用于高级电力电子控制的电源转换器和模块可能是一项令人沮丧的挑战。新的应用需要新的转换器，专门从事数字电力电子的工程师并不多。按照当今的技术，电源转换器也变得越来越复杂。数字控制提高了性能。标准转换器通常不能完美地适应应用。空间限制和性能通常需要定制的解决方案。因此，为了充分利用系统，最好依靠硬件和软件资源，因为数字行业将越来越需要数字工具。

审核编辑 黄昊宇