電源設(shè)計(jì)模型和仿真通常局限于典型值。要更全面地了解最終設(shè)計(jì)過程，需要考慮模型未考慮的潛在硅變化。在本設(shè)計(jì)解決方案中，我們將研究電容或電感變化等非理想問題，這些變化導(dǎo)致下降電壓偏差高達(dá)±10mV（標(biāo)稱3.3V的0.3%），說明在仿真過程中需要了解和考慮物理組件的變化。

介紹

在上一篇文章中，我們研究了降壓轉(zhuǎn)換器誤差預(yù)算的手動(dòng)計(jì)算，并了解了它們與EE-Sim工具（Maxim的在線SIMPRIS電源設(shè)計(jì)和仿真工具）的仿真結(jié)果的對(duì)比情況。這 自然會(huì)引出一個(gè)更深層次的問題：模型與臺(tái)架測(cè)量值的匹配程度如何？因?yàn)闅w根結(jié)底， 重要的是物理硅，如果世界上所有的計(jì)算和模擬不能充分模擬您的真實(shí)電源，它們將無(wú)濟(jì)于事。?

那么，這些模型如何與臺(tái)式測(cè)量相媲美呢？有關(guān)此問題的快速答案，請(qǐng)查看圖 1。它顯示 MAX17242EVKIT輸出響應(yīng)負(fù)載階躍，MAX17242 SIMPLIS型號(hào)響應(yīng)相同的負(fù)載階躍 在Maxim新的OASIS（包括SIMPLIS的離線模擬仿真器）設(shè)計(jì)工具中。相關(guān)性，尤其是 關(guān)于峰值浪涌/暫降電壓和恢復(fù)時(shí)間，是顯著的。

圖1.實(shí)驗(yàn)室工作臺(tái)上MAX17242EVKIT與MAX17242 SIMPLIS模型的負(fù)載階躍響應(yīng)比較 EE-Sim OASIS模擬。

當(dāng)然，這不是來自典型的模型，這是有充分理由的：每塊硅都會(huì)有一點(diǎn)反應(yīng)。 不同，而模型的每個(gè)實(shí)例都必須以相同的方式響應(yīng)。模型參數(shù)與 典型的硅參數(shù)，因此將它們與隨機(jī)IC進(jìn)行比較必然會(huì)帶來差異。為了建立 模型的準(zhǔn)確性，我們用于生成上述階躍響應(yīng)的模型已略有調(diào)整以匹配 工作臺(tái)上硅的值，我們將在下面詳細(xì)解釋這一過程。

確定必要的調(diào)整需要快速訪問波特圖的頻域，但是一旦我們 確定我們可以信任模型的結(jié)果，我們可以使用它來顯示預(yù)測(cè)的階躍響應(yīng)范圍 工藝和組件變化。

關(guān)聯(lián)過程

在診斷問題和發(fā)現(xiàn)電源差異時(shí)，電源設(shè)計(jì)人員的 工具箱比波特圖更強(qiáng)大。瞬態(tài)波形上存在振鈴提示存在問題， 但它對(duì)確定問題的根源幾乎沒有作用。移動(dòng)到頻域提供了有關(guān)以下內(nèi)容的更多信息 問題來自哪里以及如何解決它。當(dāng)涉及到將模型參數(shù)與硬件相關(guān)聯(lián)時(shí)， 我們只在頻域工作。波特圖排列后，時(shí)域相關(guān)性顯示在 圖 1 自行發(fā)生。

Maxim使用SIMPLIS，部分原因是您無(wú)法使用SPICE快速訪問頻域。你要么必須 停止并花費(fèi)額外的時(shí)間創(chuàng)建（并關(guān)聯(lián)）線性化平均模型，以便在 SPICE AC 仿真中運(yùn)行 或者通過一遍又一遍地使用不同的時(shí)域模型來在時(shí)域中繁瑣地工作 在長(zhǎng)時(shí)域 SPICE 仿真中測(cè)試信號(hào)頻率。然后，您將對(duì)每個(gè)執(zhí)行FFT后處理 輸出，最后，手動(dòng)將FFT結(jié)果拼接成波特圖。

另一方面，Maxim全新EE-Sim OASIS設(shè)計(jì)工具附帶的SIMPLIS仿真器提供了周期性的 工作點(diǎn) （POP） 分析可快速建立時(shí)域模型。它包括一個(gè)專有的 線性化/平均算法，直接從提取的頻域數(shù)據(jù)無(wú)縫生成波特圖。 在單個(gè)仿真中有效地從同一模型導(dǎo)出交流和瞬態(tài)數(shù)據(jù)，從而加快了相關(guān)性 按數(shù)量級(jí)處理。說到速度，開關(guān)轉(zhuǎn)換器除了波特圖的優(yōu)勢(shì)外 SIMPLIS 中的時(shí)域仿真比 SPICE 中的時(shí)域仿真要快。將模型導(dǎo)入到Maxim的EE-Sim OASIS設(shè)計(jì)中 工具提供了在時(shí)域和頻域中快速調(diào)整和測(cè)試模型的理想環(huán)境。

圖2.EE-Sim OASIS中用于模擬MAX17242EVKIT的原理圖。輸入和輸出電容器已 根據(jù)直流電壓從原理圖值降額。三個(gè)獨(dú)立的波特探頭允許測(cè)量全回路傳遞函數(shù)，以及單個(gè)功率級(jí)和補(bǔ)償器級(jí)傳遞函數(shù)。

我們使用MAX17242評(píng)估板做的第一件事就是在控制環(huán)路上運(yùn)行交流分析。 與放置在相同電路中的典型模型的仿真相比（圖 2）。三者中的第一個(gè) 原理圖中的波特探頭允許我們捕獲全環(huán)路傳遞函數(shù)，而另外兩個(gè)探頭允許我們捕獲 將其拆分為單獨(dú)的補(bǔ)償器（OUT to COMP）和功率級(jí)（COMP to OUT）傳遞函數(shù)。 這種設(shè)置在工作臺(tái)測(cè)量中進(jìn)行了模擬，模型和工作臺(tái)結(jié)果疊加在圖3中。這 圖當(dāng)然相似，但與某些極點(diǎn)和增益值存在明顯差異。

圖3.波特圖顯示了功率級(jí)、補(bǔ)償器級(jí)和全環(huán)路的增益和相位（從上到下） 臺(tái)架測(cè)量和典型模型。

通過分離控制回路，模型和硬件之間差異的來源變得顯而易見。 模型和電路板的功率級(jí)幾乎相同，但在補(bǔ)償級(jí)中，直流增益 模型太高，第一極發(fā)生得太早。通過推動(dòng)跨導(dǎo)增益和輸出電阻 誤差放大器遠(yuǎn)離其典型值（但仍在規(guī)格范圍內(nèi)），我們可以將模型的行為推至 模仿我們?cè)陂L(zhǎng)凳上觀察到的東西。輸出電阻和跨導(dǎo)增益是我們接觸的唯一參數(shù)， 結(jié)果如圖 4 所示。測(cè)量和模型整齊地相互重疊，增益永遠(yuǎn)不會(huì)偏離 相位響應(yīng)通常在5度以內(nèi)或更近的交越頻率。

圖4.波特圖顯示了功率級(jí)、補(bǔ)償器級(jí)和全環(huán)路的增益和相位（從上到下） 臺(tái)階測(cè)量和相關(guān)模型。

一旦測(cè)量和建模的波特圖排列好，我們繼續(xù)進(jìn)行瞬態(tài)分析。我們開始在 硬件，仔細(xì)測(cè)量負(fù)載電流和輸出響應(yīng)。保持刺激相同 并盡可能消除模型和工作臺(tái)之間的差異，我們使用測(cè)量的負(fù)載電流 在仿真環(huán)境中創(chuàng)建自定義電流源。這使我們能夠使用相同的負(fù)載測(cè)試模型 硬件所經(jīng)歷的步驟，而不是理想化的近似。

此時(shí)，已經(jīng)關(guān)聯(lián)了波特圖并為物理電路和建模電路提供了相同的刺激， 瞬態(tài)響應(yīng)排成一排，無(wú)需任何額外工作。圖1是提供變化的證據(jù) 在硅片中，EE-Sim中使用的SIMPLIS模型可提供非常準(zhǔn)確的響應(yīng)，是一種可靠的工具 用于設(shè)計(jì)和仿真現(xiàn)實(shí)生活中的電源。

外推結(jié)果

在模型中建立高度信任度，我們不僅可以設(shè)計(jì)和仿真典型的電源設(shè)計(jì)， 還可以掃描特定參數(shù)，以了解跨組件的潛在瞬態(tài)響應(yīng)范圍和 硅變化。圖5對(duì)此進(jìn)行了說明，顯示了±10%的預(yù)期負(fù)載階躍響應(yīng)和波特圖 負(fù)載電容容差、電感容差±20%以及誤差放大器跨導(dǎo)±3dB變化。

圖5.電感、輸出典型變化的預(yù)期瞬態(tài)和頻率響應(yīng)范圍 電容和誤差放大器跨導(dǎo)。

這些結(jié)果與直覺相符：增加輸出電容或減小電感值將減小 負(fù)載階躍后電壓下降的大小，但對(duì)整體建立時(shí)間影響不大。增加 另一方面，誤差放大器跨導(dǎo)對(duì)電壓下降的影響很小，但速度更快 恢復(fù)到標(biāo)稱輸出，但代價(jià)是在恢復(fù)期間出現(xiàn)更多的振鈴。

結(jié)論

為了有效地使用我們的設(shè)計(jì)工具，我們需要信任它們，這需要我們確定它們何時(shí) 準(zhǔn)確，何時(shí)不準(zhǔn)確。當(dāng)涉及到EE-Sim設(shè)計(jì)工具中使用的SIMPLIS模型時(shí)，與 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)表明，我們對(duì)仿真結(jié)果反映預(yù)期行為具有很高的信心 的部分。然而，仿真的性質(zhì)意味著我們的模型和模擬僅限于典型值， 更完整的最終設(shè)計(jì)圖要求我們考慮模型的潛在硅變化 不會(huì)解釋。在我們的例子中，補(bǔ)償模型預(yù)測(cè)的瞬態(tài)下降電壓與 測(cè)量到十分之一毫伏以內(nèi)。但是，電容器或電感器變化等非理想性 對(duì)壓降電壓產(chǎn)生了±10mV（標(biāo)稱3.3V的0.3%）偏差，說明需要了解 并考慮仿真過程中預(yù)期的物理組件變化。

審核編輯：郭婷