如何模擬我們的降壓轉(zhuǎn)換器控制回路？

工程師選擇關(guān)鍵功率元件后必須計(jì)算補(bǔ)償值；這通常是通過(guò)非直觀的數(shù)據(jù)表方程完成的，因此您可能不確定這些值是否正確。要確定，您需要在實(shí)驗(yàn)室中構(gòu)建電源并測(cè)量其穩(wěn)定性。

電壓模式和 CM 降壓轉(zhuǎn)換器的不同之處在于其內(nèi)部電路有些復(fù)雜。為了建模，有兩個(gè)簡(jiǎn)單的模塊：誤差放大器和功率級(jí)增益。誤差放大器查看輸出電壓，將其與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，并生成誤差信號(hào)。功率級(jí)增益模塊是用于 VM 轉(zhuǎn)換器的簡(jiǎn)單電壓增益 (V/V)，或用于 CM 轉(zhuǎn)換器的跨導(dǎo)增益 (A/V)。

電壓模式轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定比 CM 轉(zhuǎn)換器更復(fù)雜，需要提供兩個(gè)零點(diǎn)和兩個(gè)極點(diǎn)的三類誤差放大器補(bǔ)償電路。VM LC 輸出濾波器以 –2 斜率滾降，輸出電容器等效串聯(lián)電阻 (ESR) 可能為零。盡管選擇這些補(bǔ)償值很復(fù)雜，但它們很容易添加到 VM 模型中。

R1（圖左側(cè)）代表輸出分壓器中的頂部電阻。1-Vac 信號(hào)是用于測(cè)量環(huán)路增益的注入擾動(dòng)。它在電壓反饋點(diǎn)注入并傳播到功率級(jí)濾波器輸出，它代表系統(tǒng)的環(huán)路增益。對(duì)誤差放大器的正輸入進(jìn)行反饋連接，以消除它引入的 180 度相移。現(xiàn)在電源的相位裕度可在 V_loop 處直接讀取。如果您將運(yùn)算放大器 (op amp) 反饋到實(shí)際電路中的負(fù)輸入，則相位裕度將是 V_loop 和 –180 度之間的差異。任何一種方法都是可以接受的。

直流增益和運(yùn)算放大器帶寬參數(shù)必須在誤差放大器模塊內(nèi)確定。大多數(shù)控制器數(shù)據(jù)表都指定了這兩個(gè)參數(shù)。此模型中的運(yùn)算放大器直流增益為 90 dB（或 31.6K）。運(yùn)算放大器的帶寬 (BW) 在控制器的數(shù)據(jù)表中指定為 10 MHz。需要一個(gè) RC 濾波器來(lái)添加一個(gè)低頻極點(diǎn)，以在 10 MHz 時(shí)將增益降低到 0 dB。該極點(diǎn)頻率可以通過(guò)將 BW 頻率除以直流增益來(lái)確定，即 10 MHz / 31.6K = 316 Hz。知道了運(yùn)放的輸出電容，就可以計(jì)算出設(shè)置這個(gè)低頻極點(diǎn)所需的電阻值。

上圖中的功率級(jí)模塊增益特定于每個(gè)控制器。如果 VM 控制器具有電壓前饋，則增益是固定的。如果數(shù)據(jù)表中未指定增益，請(qǐng)查看電壓斜坡的峰峰值幅度。增益是輸入電壓除以斜坡幅度。確保在仿真中使用最高輸入電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)此增益，這通常是最難穩(wěn)定的。

預(yù)測(cè)的相位裕度和測(cè)量的相位裕度之間確實(shí)存在一些誤差。有幾個(gè)因素可能會(huì)導(dǎo)致這些誤差，例如內(nèi)部斜率補(bǔ)償、傳播相位延遲和簡(jiǎn)單的值差異。

斜率補(bǔ)償將電壓斜坡添加到電流信號(hào)中以消除次諧波振蕩。根據(jù)添加的數(shù)量，它可以開(kāi)始將控制回路從電流模式轉(zhuǎn)換為電壓模式。電流信號(hào)中加入的電壓斜坡越多，輸出濾波器的極點(diǎn)斜率就越開(kāi)始從 -1 變?yōu)?-2 斜率，這會(huì)降低相位。

傳播相位延遲與轉(zhuǎn)換器實(shí)際從命令切換所需的時(shí)間有關(guān)。平均延遲時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期的 1/2。為了對(duì)此建模，可以將延遲線（或傳輸線）SPICE 組件添加到輸出中。它可能需要一個(gè) 50 歐姆的終端電阻。它將在開(kāi)關(guān)頻率的 1/2 處引入 90 度相位滯后。對(duì)于低帶寬轉(zhuǎn)換器，將其添加到模型中的效果會(huì)很小。然而，當(dāng) BW 接近開(kāi)關(guān)頻率的 1/2 時(shí)，相位將開(kāi)始顯著下降，并將更接近實(shí)際的相位響應(yīng)。如果模型中沒(méi)有這個(gè)，預(yù)計(jì)相位響應(yīng)測(cè)量誤差會(huì)在開(kāi)關(guān)頻率的 1/10 以上開(kāi)始增加。

目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)具有合理準(zhǔn)確性的簡(jiǎn)單模型，我相信該模型在大多數(shù)情況下都能實(shí)現(xiàn)。將初始 BW 設(shè)置為較低 (10KHz) 以進(jìn)行計(jì)算時(shí)最準(zhǔn)確。始終建議進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試以驗(yàn)證性能。