PI Expert 常見問題

PI Expert 常見問題

以下資訊提供了有關 PI Expert 電源供應器設計軟體之安裝和使用的有用秘訣。

I. 一般性資訊
II.設定和安裝
III.電源供應器設計
IV.最佳化



I. 一般性資訊

PI Expert Online 有什麼新功能?

  • 透過網頁瀏覽器存取 – 無需安裝軟體
  • 能夠接收新增的更新和新功能
  • PI XLs 全面整合 – 無需再執行第二個程式

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II.哪些瀏覽器與 PI Expert Online 相容?

下表顯示 PI Expert Online 的瀏覽器相容性。

瀏覽器
版本*
支援
有限支援** 
Internet Explorer    11    X  
   10    X  
   9      X
Google Chrome    33    X  
   32      X
   31      X
   30      X
Firefox    28    X  
   27      X
   26      X
   25      X
Opera    20      X
Safari    5.17      X

*PI Expert Online 的目標是在新版本推出後提供支援。
** PI Expert 要求使用 HTML5。舊版瀏覽器可能
無法完全相容。

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III.電源供應器設計

    • 什麼是「使用固定關鍵參數進行最佳化」?


PI Expert 可讓使用者限制最佳化引擎,使用要固定到使用者選取之值的特定參數來進行最佳化。此功能非常實用,適用於使用者想要使用引擎的電源,同時又想要巧妙地進行特定決策等時機。例如,您可以要求引擎執行整個最佳化常式,但將 VOR 和/或 KP 鎖定在特定值。引擎會進行數次反覆運算,並依據所施加的限制提出最佳解決方案。請注意,在某些狀況下,如果您在引擎上強加過多限制,可能會導致最佳化常式無法達到最佳化結果。

    • PIXls 設計的副檔名變了嗎?


是的。所有 PIXls 試算表的副檔名現在均為單一副檔名 filename.pixls。當您轉換舊設計時,會自動進行這項變更。

    • 為什麼 PI Expert 和 PI Xls 在變壓器結構中使用多股並繞線?


PI Expert 和 PI Xls 均使用多股並繞線。因此,會使用兩股或三股 (或多股) 細並繞線,而不是使用一根粗線。這樣可以降低集膚效應損失,填滿整個線軸寬度,降低漏電感,從而實現更佳的設計。

    • 在 PI Expert 和 PI Xls 中,什麼是「每接腳的最大終端數」?


PI Expert 和 PIXls 在變壓器設計中均使用多股繞線。因此,會使用兩股或三股 (或多股) 細並繞線,而不是使用一根粗線。隨著並繞線使用率逐漸攀升,特別在粗線但接腳細的情況下,就很難將所有這些線連接到單一接腳,小線軸的情況便是如此。此時,最好將線分開連接到 2 到 3 個不同的接腳之間。「每接腳的最大終端數」規定了可以連接到單一接腳的線數,預設值設為每接腳 4 線。對於細線,此數值可以提高到 6;對於粗線,此數值可能低至 2。

    • 我對 PI Expert 中使用的術語不太熟悉,哪裡可以找到它們的定義?


PI Expert 的工具列和快顯視窗上有個 [說明] 按鈕,您也可以隨時按 F1 功能鍵。選取 [說明] 按鈕,即啟動與表單或視窗內容對應的說明公用程式。在各個 [說明] 主題下,您可以找到常見問題的答案、相關術語以及使用指南。如需瞭解一般電源供應器術語的更多詳細資訊,我們建議使用者閱讀特定裝置適用的《應用說明》。(參閱 [說明] 以取得詳細資料)。

    • 我如何指定含有負 DC 輸出的設計?


當輸出總數為 2 或以上時,PI Expert 允許使用一個負輸出 (負輸出不能為主輸出)。進行需要單一負輸出的設計時,只需將負 DC 輸出輸入為正值即可。決定變壓器接腳佈局和產生的 PCB 佈局時,一定要記住哪個輸出為負。

    • 變壓器的最大功率能力 (PMAX) 是由什麼決定的?


變壓器功率能力是透過使用「面積乘積」法 (Ae x Aw) 來決定的。效率、裝置切換頻率和變壓器邊緣都是這種計算方法中要考量的因素。

    • 什麼是「左邊緣」和「右邊緣」?


使用 PI Expert 和 PIXls 可以更靈活地指定線軸側面的邊緣 (水平線軸為左側和右側,垂直線軸為頂部和底部)。這對於指定不對稱邊緣特別有用。對於 PIXls,參數 M 代表所需之總邊緣的一半。因此,如果將 M 指定為 3.0 mm,則軟體會假定邊緣為線軸左側 (或上方) 3.0 mm 和右側 (或下方) 3.0 mm。

    • 我注意到間隙鐵芯有效電感的計算 (ALG) 結果出現不一致的情況,這是軟體錯誤嗎?


PI Expert 在 ALG 計算時會使用非整數的一次側圈數。在大多數情況下,由於一次側圈數高,因此產生的誤差都非常小。在與鐵芯供應商進行溝通時,請對 ALG 值進行必要的修改。

    • 預設估計效率的基礎是什麼?


預設效率取決於 AN-21 (TOPSwitch-II)、AN-26 (TOPSwitch-FX) 和 AN-29 (TOPSwitch-GX) 中的效率曲線。TinySwitch-II 的效率是根據對實際電源供應器的評估進行估算的。根據這些曲線可以估算出給定 AC 輸入電壓和輸出電壓下的電源供應器效率。輸出電壓介於 5 V 和 12 V 之間時,效率可以透過線性插補估算出來。PI Expert 可以估算出在 5 V 到 12 V 範圍之外輸出的效率偏差。

    • PI Expert 可以幫我選擇封裝、評估散熱嗎?


PI expert 預估 PI 裝置所需的散熱片尺寸等同於二次側二極體。此尺寸會根據 PCB 的銅、鋁合金鋼板或鋁合金擠製散熱片所使用的散熱片類型來計算。

如果是 PCB 散熱的銅,則假定散熱是使用方形區域。區域的形狀將影響散熱片的有效熱阻,因而影響了散熱片的實用性。

如果是 Al 鋼板類型散熱片,則會假定為高 20 mm 的矩形區域。該計算是根據材料來進行,且假定為厚度 1.6 mm 的鋁合金 (3003 或 5052)。

如果是外部擠製散熱片,本軟體會降額 20% 的產品規格型錄熱阻,並建議所需的尺寸。

PI Expert 可以與 AN-21AN-26 AN-29 配合使用,以洞悉封裝消耗功率。一般來講,在 50蚓 的環境溫度下,當裝置消耗功率超過約 1.5 W (開放式架構) 或 1 W (轉換器 (Adaptor)/殼體) 時,可以考量使用散熱足夠的 Y 封裝和 E 封裝。

散熱設計會進一步受到極端工作溫度、不良佈局、高海拔條件、低效率變壓器設計和/或氣流限制的負面影響。當工作電流接近最大電流限度時,Power Integrations 建議將所有 TOPSwitch、TinySwitch、LinkSwitch 及 PeakSwitch 產品的最大工作接面 (晶粒) 溫度設定在 110 °C。這通常可提供足夠的最小裝置過熱關機設計餘度,將裝置以及元件間的差異考量在內。


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IV.最佳化

    • 透過輸入電容、TOPSwitch/TinySwitch-II 和/或我想要使用的變壓器並不能實現最佳化,如何才能解決這個問題呢?


如果輸出功率超出了考量中裝置的能力,最佳化工具將會選擇最符合您要求的裝置組合。此選擇取決於主功能表上 [使用中設計] 內 [最佳化參數] 區段的資料。如果最佳化工具選擇的裝置比偏好裝置小,使用者可以強制選擇偏好的裝置。只需從 PI 裝置選取對話方塊中選取所需的的裝置,然後從濾波器解決方案對話方塊中,確保鐵芯起始輸入與鐵芯結束輸入一致,並且鐵芯是您希望軟體在設計中使用的鐵芯。然後按一下最佳化按鈕,讓軟體產生對裝置及變壓器尺寸具有額外限制的解決方案。

變壓器功率處理能力是透過使用「面積乘積」法 (Ae x Aw) 來決定的。電源供應器效率和切換頻率都是這種計算方法中要考量的因素。

所有情況下,最佳化工具都會選擇最佳的輸入電容器。使用者無法覆寫這個元件選擇。如果需要其他輸入電容器,使用者應進行人工設計。或者,使用者可以輸入與輸入電容器的平均 DC 電壓對應的 DC 輸入電壓,讓軟體根據此規格重新進行設計。


    • 為什麼我的成本最佳化和效率最佳化獲得相同的估計效率?


PI Expert 假定電流波形參數與 AN-21、AN-26 和 AN-29 的情況一致 (因功率要求、AC 線電壓和使用的 PI 裝置會有所不同)。因此,估計效率不會將最佳化目標的變化列入考量。實際情況下,變壓器設計經過效率最佳化的原型,其效率要高於經過成本最佳化的原型。

    • 什麼是成本最佳化?


執行成本最佳化程序的過程中,會根據軟體的內部標準,為使用不同鐵芯、二次側圈數、二次側輸出堆疊配置和輸出二極體組合的許多設計評分。整個最佳化程序中會得出一份得分最高之設計的清單。順利完成之後,會顯示最佳設計的清單。然後您可選擇認為最適合您應用的設計。

成本最佳化以下列幾個主要概念為基礎:

  • 首先選擇能夠輸出所需功率的最小 PI 裝置。

    第一步不只是單純地根據產品規格型錄確定裝置的額定功率大於指定的功率。最佳化的第一步會考慮許多關鍵工作參數,包括最大工作週期 (DMAX)、一次側峰值電流 (IP)、輸出反射電壓 (VOR) 及峰值與漣波一次側電流比 (KP)。
  • 然後選擇能夠輸出所需功率的最小變壓器鐵芯。

    選擇變壓器鐵芯與選擇適當的 PI 裝置一樣,也是使用許多關鍵工作參數來選擇。其中一些參數包括磁通密度 (BM 與 BP)、間隙長度 (LG)、一次側繞組層數 (L) 和繞組的實體尺寸與線軸窗口的填充係數 (FF) 等。



    • 什麼是效率最佳化?


只有 TOPSwitch 與 DPA-Switch 裝置系列能使用效率最佳化。有兩個對於瞭解效率最佳化方法非常重要的關鍵因素:

會選擇能夠輸出指定功率並且具有足夠的裝置限電流餘裕的 PI 裝置。

PI Expert 效率最佳化常式會首先尋找能夠輸出指定功率的最小 PI 裝置。然後,軟體會降低峰值與漣波一次側電流比 (KP),從而嘗試讓設計更為連續。這會減小一次側峰值電流 (IP),進而降低一次側與二次側繞組的峰值和有效值電流。電流量減少可減少導通損失,因此能提升供應器的總體效率。

然後選擇能夠有效輸出指定功率的鐵芯。

最佳化常式中的此步驟可確保選取的鐵芯不僅能夠輸出功率,而且輸出時不會出現重大損失。計算的損失除了間隙長度 (LG) 指示的漏電感之外,還包括磁通密度 (BM) 指示的鐵芯損失、一次側層數 (L) 與一次側有效值電流 (KP) 指示的銅損失。

如同成本最佳化一樣,接著會檢查許多設計並繼續執行最佳化程序。然後 PI Expert 會擷取最佳得分設計的清單,並顯示該清單。


    • 最佳化的操作原理是什麼?


最佳化可產生多個設計解決方案,並與 Power Integrations 工程師編譯的專業設計規則資料庫進行比較。然後,最佳化引擎會搜索能夠滿足或超越該資料庫中所規定之限制的最小設計解決方案。

Power Integrations 建議,所有設計解決方案的結構和效能驗證均應符合您的具體要求。這包括獨立檢驗安全、散熱和系統可靠性。


    • 成本最佳化提供結果時,也產生一則警告「對於這個功率等級 (PO) 而言,鐵芯尺寸可能太小」。這是嚴重問題嗎?


成功完成成本最佳化後可能會出現這樣的訊息。成本最佳化將考量功率額定值 (PMAX) 在指定輸出功率 90% 以內的變壓器。這個警告表示,能夠以連續額定功率工作的設計比較接近該鐵芯/線軸尺寸的最大能力。在這種情況下,建議使用者進一步評估電源供應器的散熱效能。

使用者可能需要考量鐵芯更大的解決方案。若要產生這些結果,您必須在執行最佳化時,在 [解決方案篩選] 對話方塊的 [鐵芯起始] 和 [鐵芯結束] 下拉式方塊中設定所需的鐵芯。


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