許多應用都需要交流電源供電的隔離式離線切換器，從家用電器到充電電池適配器。從頭開始設計這些隔離式AC/DC轉換器可能會非常困難，消耗更多時間，而且成本更高。因此，為了使這項工作變得簡單，靈活且經濟高效，Power Integrations創建了一套工具和資源。除了幫助設計人員以具有競爭力的價格及時為市場開發和構建這些離線AC/DC切換器之外，Power Integrations工具和資源還提高了設計人員在第一次嘗試時通過法規要求的機會，從而消除了開發的大部分麻煩和為了實現這一目標，該供應商已準備好兩個集成式開關IC系列，即TOPSwitch-JX和TinySwitch-III（TNY253/4/5和TNY274GN或TNY278GN），允許電源設計人員構建AC/DC切換器177 W以下的任何應用。雖然TinySwitch器件專為需要輸出功率為25 W或更低功率的AC/DC開關的應用而設計，但TOPSwitch-JX系列專為高達177 W的AC/DC解決方案而設計。用于設計和構建AC/DC切換器使用這兩個系列的成員，Power Integrations推出了名為PI Expert的免費設計軟件。

低功率AC/DC解決方案

然而，在我們開始探索PI Expert設計軟件之前?;讓我們來看看片上集成的功能，用于切換器IC TinySwitch-III和TOPSwitch-JX。由于TinySwitch專為低于25 W的交流/直流解決方案量身定制，因此我們將首先研究TinySwitch的情況。如圖1所示，TinySwitch在單個CMOS芯片上集成了700 V功率MOSFET，振蕩器，高壓開關電流源，電流限制和熱關斷電路。根據產品數據手冊，啟動和運行功率來自漏極電壓，因此無需變壓器偏置繞組及其相關電路。它的額定功率在265 VAC輸入時無負載時僅消耗約80 mW。根據供應商的說法，簡單的開/關控制方案也消除了對環路補償的需求。

其他功能包括無負載時功耗為30至60 mW，115/230 VAC輸入，44 kHz工作，以最大限度地降低EMI，同時允許一個簡單的緩沖鉗，用于限制漏極尖峰電壓，以及低成本的鐵芯變壓器。此外，它還提供自動重啟，線路欠壓檢測和頻率抖動。雖然自動重啟通過降低短路電流來降低次級元件成本，但線路欠壓檢測可防止上電或斷電期間出現電壓故障。它只需要一個電阻器即可實現，從而省去了四個外部元件。頻率抖動可降低EMI，從而降低與EMI相關的濾波器元件成本。 TinySwitch還采用了EcoSmart技術，可在輕載或空載條件下將功耗降至100 mW以下。

據供應商介紹，EcoSmart技術使電源裝置無論負載如何都能保持高效率，大大降低了待機功耗。從本質上講，當沒有負載時，EcoSmart技術可以有效地關閉電源，從而實現近乎零功耗。

中等功率切換器

用于高于25 W和高達177 W的AC/DC轉換，該制造商提供其集成的TOPSwitch-JX系列，用于反激式電源。如圖2所示，該系列中的開關IC在單個單片機上集成了725 V功率MOSFET，高壓開關電流源，多模PWM控制，振蕩器，熱關斷電路，故障保護和其他控制電路。 CMOS芯片。

圖2：TOPSwitch-JX采用了專利的高壓CMOS技術，可以經濟高效地實現高壓功率MOSFET和所有低壓控制電路集成在單個單片芯片上。

與TinySwitch一樣，TOPSwitch-JX系列還集成了EcoSmart技術，可在265 VAC時保持低于100 mW的空載功耗，在230 VAC時，1 W輸入可提供高達750 mW的待機輸出功率。因此，通過多模PWM控制，TOPSwitch-JX IC可針對25 W以上和177 W以上的應用在所有負載下實現高轉換效率。其他功能包括精確的可編程電流限制，針對線路的優化線路前饋紋波抑制，頻率抖動以降低EMI濾波器成本，以及完全集成的軟啟動以實現最小的啟動壓力。此外，其132 kHz工作可降低變壓器和電源尺寸。但是，它還為那些希望效率稍高但愿意犧牲尺寸和成本的用戶提供66 kHz選項。

專家設計軟件

使用TinySwitch簡化離線AC/DC轉換器的設計TOPSwitch-JX IC，Power Integrations開發了一種名為PI Expert的交互式設計軟件工具。它是一個自動化的圖形用戶界面（GUI）驅動程序，它采用電源規格并自動生成圍繞上述兩個切換器系列中的一個IC設計的電源轉換解決方案。事實上，根據供應商的說法，PI Expert為您提供了構建和測試工作原型所需的所有信息。這包括完整的交互式原理圖，物料清單（BOM），電路板布局建議和詳細的電氣參數表此外，它還提供完整的磁性設計，包括磁芯尺寸，匝數，適當的導線厚度和每個繞組使用的平行導線數量。還生成了用于機械組裝的詳細纏繞指令。此外，該交互式軟件工具還提供成本或效率的優化選擇，以生成滿足特定需求的設計。因此，該程序將設計時間從幾天縮短到幾分鐘。換句話說，在設計人員輸入基本設計參數后，例如交流輸入電壓范圍，固定直流輸出電壓和電流以及開關頻率進入PI專家設計向導模板，該軟件分析了數千個使用真實數據建模的設計選擇，并生成最佳設計選項。每個設計都支持全功能原理圖，包括所有必需的子電路，如緩沖和鉗位電路，欠壓和過壓鎖定電阻，反饋和偏置元件，輸入/輸出電容和EMI濾波器。

還為您提供完整的變壓器設計，其中包含可隨時打印的文檔，并可將其發送給您選擇的變壓器供應商，從而節省時間和金錢。此外，該工具還管理生成的BOM列表。事實上，在最新的PI Expert v9.0中，該軟件允許設計人員將生成的BOM導出到Web并將其鏈接到Digi-Key的分銷商零件數據庫等分銷商。這使設計人員能夠快速找到PI Expert軟件生成的優化設計組件，包括替換缺貨零件的組件。

用戶可以通過兩種方式訪問PI Expert軟件：下載或使用在線版。這兩個選項都可以在公司網站上找到。要下載該軟件，用戶必須填寫一份表格，其中包含姓名，電子郵件地址，首選語言，公司名稱和職位以及地址。在線版本需要創建一個免費且簡單的在線帳戶。但是，請確保您可以訪問Internet瀏覽器，例如Internet Explorer，Google Chrome或Firefox。

讓我們看一下在線套件，作為設計過程的演示。當您在線打開PI Expert時，在滿足初始要求后，您將在網站左側看到一些圖標。單擊“創建新設計”。您將看到產品組合。選擇TinySwitch-III，然后單擊“PI Expert”。這將生成一個設計向導模板，如圖3所示。該向導為您提供了一些設計選項。雖然固定拓撲是反激式的，但操作頻率為132 kHz。另外，它允許您選擇包裝類型。我選擇了常見且易于使用的表面貼裝SMD-8。單擊向導模板右下角的“下一步”按鈕。

圖3：PI Expert設計向導模板。

出現另一個需要您的設計向導模板輸入電壓范圍和線路頻率。在我們的例子中，它是通用的85 - 265 VAC，50 Hz線路頻率。再次單擊“下一步”并輸入輸出電壓，電流和功率要求。單擊“添加”以輸入輸出參數。假設所需的直流輸出在1.5 A時為12 V.輸出電壓容差為10％。單擊“確定”以在向導模板上查看輸出參數。現在有兩種選擇可供您的設計使用。操作模式可以是僅恒壓（CV）或恒壓/恒流（CV/CC）。如果您正在構建充電器，您更喜歡CV/CC操作模式。我選擇了CV/CC并單擊“下一步”。出現了一個帶有設計設置的模板。它為您提供文件名和選項，以根據所選的輸入/輸出參數，頻率和IC生成完整的原理圖。單擊“完成”后，PI Expert軟件會建議變壓器磁芯的繞組數。單擊“確定”。如果設計過程通過，軟件會生成一個表，推薦TinySwitch-III系列中的特定器件以及次級二極管。在我們的例子中，它是TNY278GN，Vishay的BYV27-100作為次級二極管（圖4）。選擇推薦的部件，然后單擊“確定”。

圖4：通用輸入，12 VDC，1.5 A輸出AC/DC轉換器原理圖，由PI Expert軟件基于TinySwitch-III部件TNY278GN生成。

PI Expert然后生成使用TNY278GN和BYV27-100部件完成隔離的反激式AC/DC轉換器原理圖。它還為您提供了生成設計結果，電路板布局，BOM和變壓器構造的選項。單擊“設計結果”時，它會顯示所有輸入和設備變量，包括變換器構造參數。同樣，當您單擊Board Layout時，建議使用完整的布局。同樣，BOM提供了精確值和制造商名稱所需的外部組件的完整列表。最后，單擊Transformer Construction按鈕可生成變壓器的電氣和機械圖表，并附有繞線說明和注釋。此外，它還提供了變壓器結構中使用的鐵芯，線軸，膠帶，清漆和電線的詳細說明。

使用TOPSwitch-JX IC可以對25 W以上的功率水平進行類似的練習。簡而言之，像PI Expert這樣的免費設計軟件使您在設計和構建AC/DC轉換器方面的工作變得簡單且經濟高效，同時加快了流程。因此，設計和構建離線切換器不再令人生畏。