电源提示:使用简单的 SPICE 模型来模拟降压控制环路

作者:电工吧 日期:2022-06-06 19:43:26 人气: 栏目:

首次启动降压转换器时,确信它会稳定不是很好吗?这当然可以通过使用简单的仿真模型和一些简单的计算来设置误差放大器和功率级增益来实现。

1 显示了带有误差放大器、功率级增益和输出滤波器的电流模式 (CM) 模型。误差放大器查看输出电压,将其与内部参考电压进行比较,并向功率级生成误差信号。功率级增益模块将误差电压转换为输出电流。简单的压控电流源对两种增益进行建模。在输出中添加无损传输线会引入相位滞后,从而提高更高带宽 (BW) 的精度。

电源提示:使用简单的 SPICE 模型来模拟降压控制环路

1:CM 控制回路模型

1Vac 扰动被注入反馈并传播到功率级滤波器输出 V_loop,以测量系统的环路增益。将反馈连接到误差放大器的正输入而不是负输入可以消除相移。这使得的相位裕度在 V_loop 处直接可读。

您必须确定两个误差放大器参数:直流增益和运算放大器 (op-amp) BW。大多数控制器数据表都指定了这两个参数。为了模拟运算放大器的开环频率响应,首先通过将 800V/V(或 58dB)的开环增益除以 92?A/V 的跨导来计算输出阻抗 (R_ZO)。这给出了 8.7MOhms 的输出阻抗。接下来,计算低频极点,将其 BW 设置为 2.7MHz,如数据表中所述。需要 2.7MHz/800 或 3.4kHz 的极点。使用这个极点频率和 8.7MOhms 的输出阻抗会产生 5.4pF 的输出电容。组件 R2、C1 和 C2 提供稳定电源所需的外部补偿。

我根据数据表将功率级模块的增益设置为 10A/V。通过 CM 控制,峰值电流跟随误差信号,将电感器变成电流源并将其从模型中消除。输出滤波器组件值必须准确。它们影响滤波器极点和零频率,从而影响转换器的带宽和产生的相位响应。一定要降低陶瓷输出电容的直流偏置电容,它通常远小于规定值。铝电容器的等效串联 (ESR) 在冷运行时会增加十倍以上,因此请务必使用最高预期 ESR 来验证稳定性。

传输线引入了相位滞后,从而提高了更高频率的精度。这种相位滞后是传播延迟的结果,并且与转换器从最初发出命令时实际切换所需的时间有关。平均延迟时间约为开关周期的二分之一,并在开关频率的二分之一处引入 90° 相位滞后。对于低带宽转换器,影响会很小。然而,当 BW 接近开关频率的二分之一时,相位显着降低,更好地匹配实际相位响应。如果模型中没有这个,预计相位响应误差会增加到开关频率的十分之一以上。

2 显示了模拟响应,而图 3 显示了实际测量结果。传输线降低了较高频率的相位。预测数据与实际数据有很好的相关性;但是,两者之间确实存在一些错误。这些差异可能是由于内部斜率补偿和价值差异等因素造成的。

电源提示:使用简单的 SPICE 模型来模拟降压控制环路

2:模拟CM 模型的增益和相位裕度

电源提示:使用简单的 SPICE 模型来模拟降压控制环路

3:实验室测量显示出良好的相关性

该模型提供了一种简单的方法来以合理的精度验证 CM 降压转换器中的补偿值。模拟结果可以验证稳定性;减少测试时间;并对第二级 LC 滤波器、长电感引线和下游电容的影响进行建模。在将初始 BW 设置为较低以进行结帐、验证稳定性和针对更高的 BW 进行优化时,它最有用。



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