輕鬆完成控制迴路模擬
輕鬆完成控制迴路模擬
作者：ADI電源管理專家 Frederik Dostal
摘要
本文介紹了一種進行控制迴路模擬的簡便方法，同時，也說明如何透過LTspice®來輕鬆生成波特圖。
引言
在設計電源時，仔細檢查控制迴路十分重要。控制迴路設定不當可能會導致電源轉換器振盪或運行不穩定。這種振盪不僅會在輸出端產生過高的電壓漣波，還會降低電磁相容性(EMC)性能。此外，倘若控制迴路設定不佳，電壓轉換器對負載瞬變和電源電壓變化的反應速度也會變慢。
檢查控制迴路的簡單步驟
波特圖為檢查控制迴路提供了一個有用的依據。借助諸如 LTspice（17.1以上版本）等模擬工具，可以輕鬆、快速地生成波特圖。本文便將探討進行波特圖模擬的三個步驟。
第一個步驟是使用LTspice打開電源電路，例如一個開關穩壓器電路。圖1顯示了 ADP2370 降壓型開關穩壓器的電路。在LTspice中，測試電路（也就是外部電路）可以從現成的電路中選擇。當電路出現在顯示幕上後，從「元件」選項卡中選擇一個頻率響應分析儀(FRA)。其將增加至上分壓電阻(R1)的上方。圖1顯示了本例中所使用的FRA。
圖1.在開關穩壓器電路中增加頻率響應分析儀，以便進行波特圖模擬。
接下來，選擇一種用於生成波特圖的模擬類型。在圖1中，模擬類型顯示為“.fra”。
在開始波特圖模擬之前，必須輸入所需的參數。有諸多可進行優化的選項。按右鍵FRA元件會彈出一個視窗，可以在其中配置波特圖的各項設定。圖2中紅色圓圈標注的“Help Me Configure This for a Switching Regulator”（幫我完成開關穩壓器的此項配置）選項，可進行自動配置，使得操作變得輕而易舉。
圖2.頻率響應分析儀視窗中的波特圖設定。
輸入開關穩壓器的直流輸出電壓、開關頻率和預期穩壓器頻寬（0 dB交越頻率）。完成這些設定之後，按下模擬鍵。
圖3顯示了波特圖視窗，該視窗會在模擬過程結束後自動打開。在波特圖中，頻率表示0 dB交越點處的控制迴路頻寬。在示例中，大約是23 kHz。控制迴路的穩定性可透過相位餘裕進行評估。相位餘裕是指控制迴路在0 dB增益交越頻率處的相移，圖3中標記為“gain_1”。相位餘裕應大於40°，示例中大約為53°，說明該開關穩壓器具備足夠的穩定性。
圖3.使用LTspice版本17.1為開關穩壓器生成的波特圖。
結論
使用LTspice 17.1以上版本時，FRA模組可使波特圖的創建過程變得格外輕鬆。不僅如此，模擬計算過程得以優化，使得模擬所花費的時間大幅縮短，進而讓開關穩壓器控制迴路優化變得輕而易舉。