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輕松完成控制回路仿真

本文作者：Frederik Dostal 點(diǎn)擊： 2025-06-23 10:27

前言：

作者：Frederik Dostal，電源管理專家

摘要

本文介紹了一種進(jìn)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(shè)計(jì)電源時(shí)，仔細(xì)檢查控制回路至關(guān)重要。控制回路設(shè)置不當(dāng)可能會導(dǎo)致電源轉(zhuǎn)換器振蕩或運(yùn)行不穩(wěn)定。這種振蕩不僅會在輸出端產(chǎn)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(shè)置不合理，電壓轉(zhuǎn)換器對負(fù)載瞬變和電源電壓變化的響應(yīng)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(gè)有用的依據(jù)。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(jìn)行波特圖仿真的三個(gè)步驟。

第一步，使用LTspice打開電源電路，例如一個(gè)開關(guān)穩(wěn)壓器電路。圖1顯示了ADP2370降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的電路。在LTspice中，測試電路（也就是外部電路）可以從現(xiàn)成的電路中選擇。當(dāng)電路出現(xiàn)在顯示屏上后，從“組件”選項(xiàng)卡中選擇一個(gè)頻率響應(yīng)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(guān)穩(wěn)壓器電路中添加頻率響應(yīng)分析儀，以便進(jìn)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(shù)。有諸多可進(jìn)行優(yōu)化的選項(xiàng)。右鍵單擊FRA組件會彈出一個(gè)窗口，可以在其中配置波特圖的各項(xiàng)設(shè)置。圖2中紅色圓圈標(biāo)注的“Help Me Configure This for a Switching Regulator”（幫我完成開關(guān)穩(wěn)壓器的此項(xiàng)配置）選項(xiàng)，可進(jìn)行自動(dòng)配置，讓操作變得輕而易舉。

圖2.頻率響應(yīng)分析儀窗口中的波特圖設(shè)置。

輸入開關(guān)穩(wěn)壓器的直流輸出電壓、開關(guān)頻率和預(yù)期穩(wěn)壓器帶寬（0 dB交越頻率）。完成這些設(shè)置之后，按下仿真鍵。

圖3.使用LTspice版本17.1為開關(guān)穩(wěn)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(jié)束后自動(dòng)打開。在波特圖中，頻率表示0 dB交越點(diǎn)處的控制回路帶寬。在示例中，大約是23 kHz。控制回路的穩(wěn)定性可通過相位裕度進(jìn)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(biāo)記為“gain_1”。相位裕度應(yīng)大于40°，示例中大約為53°，表明該開關(guān)穩(wěn)壓器具備足夠的穩(wěn)定性。

結(jié)論

使用LTspice 17.1及更高版本時(shí)，F(xiàn)RA模塊可使波特圖的創(chuàng)建過程變得格外輕松。不僅如此，仿真計(jì)算過程得以優(yōu)化，使得仿真耗時(shí)大幅縮短，進(jìn)而讓開關(guān)穩(wěn)壓器控制回路優(yōu)化變得輕而易舉。

關(guān)于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體公司，致力于在現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界之間架起橋梁，以實(shí)現(xiàn)智能邊緣領(lǐng)域的突破性創(chuàng)新。ADI提供結(jié)合模擬、數(shù)字和軟件技術(shù)的解決方案，推動(dòng)數(shù)字化工廠、汽車和數(shù)字醫(yī)療等領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)，并建立人與世界萬物的可靠互聯(lián)。ADI公司2024財(cái)年收入超過90億美元，全球員工約2.4萬人。ADI助力創(chuàng)新者不斷超越一切可能。更多信息，請?jiān)L問www.analog.com/cn。

作者簡介

Frederik Dostal是一名擁有20多年行業(yè)經(jīng)驗(yàn)的電源管理專家。他曾就讀于德國埃爾蘭根大學(xué)微電子學(xué)專業(yè)，并于2001年加入National Semiconductor公司，擔(dān)任現(xiàn)場應(yīng)用工程師，幫助客戶在項(xiàng)目中實(shí)施電源管理解決方案，進(jìn)而積累了不少經(jīng)驗(yàn)。在此期間，他還在美國亞利桑那州鳳凰城工作了4年，擔(dān)任應(yīng)用工程師，負(fù)責(zé)開關(guān)電源產(chǎn)品。他于2009年加入ADI公司，先后擔(dān)任多個(gè)產(chǎn)品線和歐洲技術(shù)支持職位，具備廣泛的設(shè)計(jì)和應(yīng)用知識，目前擔(dān)任電源管理專家。Frederik在ADI的德國慕尼黑分公司工作。

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