作者：Frederik Dostal，電源管理專家

摘要

本文介紹了一種進行控制回路仿真的簡便方法，使用LTspice®可以輕松生成波特圖。

引言

在設計電源時，仔細檢查控制回路至關重要。控制回路設置不當可能會導致電源轉換器振蕩或運行不穩定。這種振蕩不僅會在輸出端產生過高的電壓紋波，還會降低電磁兼容性(EMC)性能。此外，倘若控制回路設置不合理，電壓轉換器對負載瞬變和電源電壓變化的響應速度也會變慢。

檢查控制回路的簡單步驟

波特圖為檢查控制回路提供了一個有用的依據。借助諸如LTspice（17.1版本或更高版本）等仿真工具，可以輕松、快速地生成波特圖。本文將探討進行波特圖仿真的三個步驟。

第一步，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。當電路出現在顯示屏上后，從“組件”選項卡中選擇一個頻率響應分析儀(FRA)。它將添加至上分壓電阻(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添加頻率響應分析儀，以便進行波特圖仿真。

接下來，選擇一種用于生成波特圖的仿真類型。在圖1中，仿真類型顯示為“.fra”。

在開始波特圖仿真之前，必須輸入所需的參數。有諸多可進行優化的選項。右鍵單擊FRA組件會彈出一個窗口，可以在其中配置波特圖的各項設置。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，讓操作變得輕而易舉。 

圖2.頻率響應分析儀窗口中的波特圖設置。

輸入開關穩壓器的直流輸出電壓、開關頻率和預期穩壓器帶寬（0 dB交越頻率）。完成這些設置之后，按下仿真鍵。 

圖3.使用LTspice版本17.1為開關穩壓器生成的波特圖。

圖3顯示了波特圖窗口，該窗口會在仿真過程結束后自動打開。在波特圖中，頻率表示0 dB交越點處的控制回路帶寬。在示例中，大約是23 kHz。控制回路的穩定性可通過相位裕度進行評估。相位裕度是指控制回路在0 dB增益交越頻率處的相移，圖3中標記為“gain_1”。相位裕度應大于40°，示例中大約為53°，表明該開關穩壓器具備足夠的穩定性。

結論

使用LTspice 17.1及更高版本時，FRA模塊可使波特圖的創建過程變得格外輕松。不僅如此，仿真計算過程得以優化，使得仿真耗時大幅縮短，進而讓開關穩壓器控制回路優化變得輕而易舉。

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作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業經驗的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔任現場應用工程師，幫助客戶在項目中實施電源管理解決方案，進而積累了不少經驗。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔任應用工程師，負責開關電源產品。他于2009年加入ADI公司，先后擔任多個產品線和歐洲技術支持職位，具備廣泛的設計和應用知識，目前擔任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。