70年代中期以來,，無工頻變壓器開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源技術(shù)風(fēng)靡歐,、美、日等世界各國,。特別是90年代以來,，通信業(yè)的迅速發(fā)展極大地推動了開關(guān)電源的發(fā)展,。最初的開關(guān)電源開關(guān)頻率" title="開關(guān)頻率">開關(guān)頻率在20kHz左右，略高于最高音頻,，不會給人們帶來討厭的噪聲,。[1]隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，高頻化的開關(guān)電源及其技術(shù)已成為現(xiàn)代通信供電系統(tǒng)的主流,。在通信電源領(lǐng)域中,，通常將整流器稱為一次電源，而將直流/直流（DC/DC" title="DC/DC">DC/DC）變換器" title="變換器">變換器稱為二次電源" title="二次電源">二次電源,。
在傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)中,，從用戶需求的提出到實(shí)際電路的設(shè)計(jì)定型要經(jīng)過一個(gè)較長的過程。為了解決傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)周期長的缺點(diǎn),，美國（MICROSIM）公司和國家半導(dǎo)體公司（NS）合作開發(fā)了一套新穎的網(wǎng)上電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Websim）,并在其網(wǎng)站http://Power.national.com上發(fā)布,，為我們提供了一個(gè)比較理想的二次電源設(shè)計(jì)方法。
2傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方法與基于Internet電源設(shè)計(jì)方法的比較
2.1通信用高頻開關(guān)電源
通信電源是將市電提供的單相或三相交流電壓變換成標(biāo)稱值為24V至48V的直流電源,。目前在程控交換機(jī)中,，傳統(tǒng)的相控式穩(wěn)壓電源已被高頻開關(guān)電源取代。高頻開關(guān)電源（也稱為開關(guān)型整流器SMR）通常使用大功率高頻開關(guān)器件MOSFET或IGBT,，開關(guān)頻率一般控制在50～100kHz范圍內(nèi)，初步實(shí)現(xiàn)高效率和小型化,。[3]近幾年,，開關(guān)整流器的功率容量不斷擴(kuò)大，單機(jī)容量已從48V/12.5A,、48V/20A擴(kuò)大到48V/200A,、48V/400A。
通信設(shè)備中所用集成電路的種類繁多,，其要求的供電電壓也各不相同,。在通信供電系統(tǒng)中采用高功率密度的高頻DC/DC隔離電源模塊，從中間母線電壓（一般為24V至48V直流）變換成所需的各種直流電壓,。這樣可大大減小損耗,、方便維護(hù)，且安裝,、增容非常方便,，一般都可直接裝在標(biāo)準(zhǔn)控制板上。對二次電源的要求是高功率密度,，因通信容量的不斷增加,，通信電源容量也將不斷增加。[2]
開關(guān)電源中通過DC/DC變換器將一個(gè)固定的直流電壓變換為可變的直流電壓,。目前,，通信電源的二次電源DC/DC變換器已商品化,，模塊采用高頻PWM技術(shù)，開關(guān)頻率一般在500kHz以下,，功率密度為5W～20W/in3,。且用直流斬波器代替變阻器可節(jié)約電能（20～30）％。在開關(guān)電源中直流斬波器不僅起調(diào)壓的作用,，同時(shí)還起到有效地抑制電網(wǎng)側(cè)諧波電流噪聲的作用,。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，要求電源模塊進(jìn)一步小型化,，因此就要不斷提高開關(guān)頻率和采用新的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，目前已有一些公司研制生產(chǎn)了采用零電流開關(guān)和零電壓開關(guān)技術(shù)的二次電源模塊，功率密度有了較大幅度的提高,。[4]
2.2網(wǎng)上電源設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)方法的比較
（1）傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)
表1確認(rèn)框傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)都是先根據(jù)所需的電路參數(shù)設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)和選取電路元器件參數(shù),；然后在計(jì)算機(jī)上用Pspice或Electronicworkbench等CAD軟件進(jìn)行仿真，得到輸入輸出波形,，再進(jìn)行分析,。這種方法比較直觀，但是也有其固有的缺點(diǎn),，如：
①設(shè)計(jì)周期比較長,，稍為復(fù)雜一些、功率容量大一些的開關(guān)電源,，從元器件選擇,、參數(shù)確定，計(jì)算機(jī)仿真,、調(diào)試到完成設(shè)計(jì)投入生產(chǎn),，一般要經(jīng)過數(shù)個(gè)星期甚至數(shù)月的時(shí)間；
②CAD軟件的元件庫更新速度不夠,，當(dāng)前電子技術(shù)迅猛發(fā)展,，而一般的仿真軟件都有一定的滯后；
③CAD軟件使用不夠方便,，一般的電路設(shè)計(jì)軟件的使用都比較復(fù)雜,，對使用者的要求比較高，仿真過程中稍不注意就會出現(xiàn)不收斂等問題,；
④如果電源設(shè)計(jì)者的計(jì)算機(jī)配置不夠高,，進(jìn)行一個(gè)仿真就需要比較長的時(shí)間。
（2）基于Internet的電源設(shè)計(jì)方法及其特點(diǎn)
MICROSIM與NS合作,，開發(fā)了網(wǎng)上電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Websim）,，它是國際上半導(dǎo)體工業(yè)的第一個(gè)用于電源管理設(shè)計(jì)的綜合網(wǎng)上資源，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能包括元器件選擇、電路設(shè)計(jì),、演示板定購和在線樣本仿真,，其優(yōu)點(diǎn)是：
①設(shè)計(jì)周期短由于Websim是在輸入電壓要求之后直接給出電路，省去了用戶自己設(shè)計(jì)電路拓?fù)浜陀?jì)算電路參數(shù)的環(huán)節(jié),，并且只需在所給的典型應(yīng)用電路上稍作改動即可得到所需的電路,，因此使得電源設(shè)計(jì)可以在很短時(shí)間內(nèi)完成；
②節(jié)約投資用戶可以使用網(wǎng)站上提供的超級計(jì)算機(jī)和仿真軟件完成電源的設(shè)計(jì)工作,，消除了對昂貴軟件和工作站的依賴,。既保證了計(jì)算的精度，也節(jié)約了設(shè)計(jì)的成本,；
③簡便直觀Websim的使用對用戶沒有很高的要求,，使用者只需對開關(guān)電源電路有一定的認(rèn)識、各主要節(jié)點(diǎn)的波形有一定的概念,，就可以設(shè)計(jì)符合要求的電路,，不需對復(fù)雜的仿真軟件有很深的認(rèn)識。
3Webench工具軟件及其應(yīng)用示范
Webench是一套電源設(shè)計(jì)工程師使用的工具,，具有Websim功能,，它提供了相互作用的工具，能夠選擇,、仿真和定購樣品,，實(shí)現(xiàn)省時(shí)的供電設(shè)計(jì)。Websim是一個(gè)瀏覽器式的仿真工具,。它能夠?qū)崿F(xiàn)如下功能：
（1）供電線路性能的實(shí)時(shí)反饋,；
（2）可以得到穩(wěn)態(tài)（SteadyState）、起動（Start
Up）,、線路瞬時(shí)響應(yīng)（LineTransientResponse）、負(fù)載瞬時(shí)響應(yīng)（LoadTransientResponse）,、環(huán)路增益檢測（LoopGainMeasurement）和趨勢預(yù)測,；
（3）測量數(shù)據(jù)處理和波形顯示。
以一個(gè)輸入為最小20V,，最大22V,；輸出為＋5V（1A）、＋10V（0.5A）,、－15V（0.2A）的三輸出DC/DC變換器為例,，給出典型的設(shè)計(jì)步驟。
3.1從Power.national.com獲取信息
首先在瀏覽器的地址欄中鍵入：Http://power.national.com選擇Webench,。假如用戶是第一次登陸,，系統(tǒng)會要求輸入一個(gè)電子郵箱地址作為帳號，并發(fā)出一封確認(rèn)信，通過了身份確認(rèn)后,，就可以使用該網(wǎng)站了,。網(wǎng)站會給每個(gè)正式用戶分配一個(gè)“MyWebench”的磁盤空間，用于存儲個(gè)人仿真,、設(shè)計(jì)材料單和在線元器件分布和演示板,。以后用戶可以通過個(gè)人化“MyAccount”，獲取個(gè)人帳號的所有信息,，如ChangePassword等功能,。
3.2用solutionselector選擇元器件
（1）正確登陸Webench后，會有一個(gè)對話框,，要求用戶在各欄上設(shè)定開關(guān)電源的各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求值,，包括設(shè)定電源的輸入電壓最大值和最小值、環(huán)境溫度變化范圍,、開關(guān)電源的各組輸出電壓和電流值等,。本例要求是設(shè)計(jì)一個(gè)單輸入，三輸出的Flybach型開關(guān)電源,。
（2）設(shè)計(jì)要求提交后,，會自動列出NS所生產(chǎn)的、能夠構(gòu)成符合輸出要求的各種PWM集成芯片和設(shè)計(jì)要求的確認(rèn)框,，如表1所示,。
圖1LM2585內(nèi)部框圖（此圖由MICROSIM網(wǎng)站下載）
圖2三路輸出電路圖（此圖由MICROSIM網(wǎng)站下載，未做格式處理）
通過從該網(wǎng)站上得到的LM2585的Datasheet,，可以知道LM2585的內(nèi)部構(gòu)造如圖1所示,，電路結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)的要求。于是我們選擇LM2585,，提交后會出現(xiàn)如表2所示對話框,。
選擇三輸出，＋（Out1）,，＋（Out2）,，－（Out3）的電路，提交后就會有如圖2的電路給出,。在電路中,，元器件的參數(shù)可以改變以達(dá)到所需的電路性能。
3.3電路參數(shù)設(shè)定后,，就可以從ControlPanel中選擇要測量的電路狀態(tài)進(jìn)行仿真了,。
仿真結(jié)束后，只需將鼠標(biāo)移到可得到該點(diǎn)電壓波形,；將鼠標(biāo)移到可得到該點(diǎn)電流波形,。電路元器件參數(shù)可以隨時(shí)改變以達(dá)到所需的電路性能。如果性能符合要求，即可以確定電路的參數(shù),，進(jìn)行實(shí)際的研究,、試驗(yàn)后，最終形成產(chǎn)品,。
在圖2所示的電路中,，選擇電路的穩(wěn)態(tài)(SteadyState)進(jìn)行仿真。結(jié)束后,，我們測量輸出電壓（Vout1,，Vout2，Vout3）,，得到如圖3的輸出波形,，為進(jìn)一其測試值如表3所示，可知滿足了設(shè)計(jì)要求,。
圖3三路輸出穩(wěn)態(tài)電壓波形步分析輸出電壓的平均值和紋波提供依據(jù),。
表3輸出測試值
| 測試內(nèi)容 | 最小值（V） | 最大值（V） | 峰峰值（V） | 平均值（V） |
|---|---|---|---|---|
| Vout1 | 4.99477 | 5.02821 | 0.033440113 | 5.009251 |
| Vout2 | 9.80288 | 9.92426 | 0.12137985 | 9.865706 |
| Vout3 | －15.0283 | －14.9673 | 0.06099987 | －14.99307 |
4小結(jié)
由上面的分析我們可以看出，本文所敘述的這種網(wǎng)上電源設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)相比較,，有著顯著的優(yōu)點(diǎn),。這種電源設(shè)計(jì)也有其缺點(diǎn)，即元器件的選擇有較大的限制,。但是其將傳統(tǒng)的電源設(shè)計(jì)與Internet結(jié)合的思想?yún)s是值得借鑒的,。相信在不久的將來，隨著越來越多的集成芯片廠商采用這種方式進(jìn)行電路設(shè)計(jì),，必將對廣大用戶的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)帶來極大的方便,。