在電源設(shè)計領(lǐng)域，控制回路的性能對電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運行起著關(guān)鍵作用。控制回路設(shè)置不當，不僅會使電源轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)振蕩，導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生過高的電壓紋波，還會降低電磁兼容性（EMC）性能。此外，不合理的控制回路設(shè)置會使電壓轉(zhuǎn)換器對負載瞬變和電源電壓變化的響應(yīng)速度變慢。因此，仔細檢查控制回路是電源設(shè)計過程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

波特圖：控制回路檢查的有力工具

波特圖為檢查控制回路提供了一個非常有用的依據(jù)。而借助 LTspice（17.1 版本或更高版本）等仿真工具，我們可以輕松、快速地生成波特圖。下面將詳細探討使用 LTspice 進行波特圖仿真的三個關(guān)鍵步驟。

步驟一：搭建測試電路并添加頻率響應(yīng)分析儀

首先，使用 LTspice 打開電源電路，例如一個開關(guān)穩(wěn)壓器電路。以 ADP2370 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的電路為例，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。當電路出現(xiàn)在顯示屏上后，從 “組件” 選項卡中選擇一個頻率響應(yīng)分析儀（FRA），它將被添加至上分壓電阻（R1）的上方。如圖 1 所示，這就是在開關(guān)穩(wěn)壓器電路中添加頻率響應(yīng)分析儀以便進行波特圖仿真的情況。
圖 1. 在開關(guān)穩(wěn)壓器電路中添加頻率響應(yīng)分析儀，以便進行波特圖仿真。

步驟二：選擇仿真類型并配置參數(shù)

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)。有諸多可進行優(yōu)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(shè)置。如圖 2 所示，紅色圓圈標注的 “Help Me Configure This for a Switching Regulator”（幫我完成開關(guān)穩(wěn)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。在這個窗口中，需要輸入開關(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）。
圖 2. 頻率響應(yīng)分析儀窗口中的波特圖設(shè)置。

步驟三：開始仿真并分析結(jié)果

完成上述設(shè)置之后，按下仿真鍵。如圖 3 所示，波特圖窗口會在仿真過程結(jié)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(wěn)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”。一般來說，相位裕度應(yīng)大于 40°，示例中大約為 53°，這表明該開關(guān)穩(wěn)壓器具備足夠的穩(wěn)定性。
圖 3. 使用 LTspice 版本 17.1 為開關(guān)穩(wěn)壓器生成的波特圖。

結(jié)論

使用 LTspice 17.1 及更高版本時，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，仿真計算過程得以優(yōu)化，使得仿真耗時大幅縮短，進而讓開關(guān)穩(wěn)壓器控制回路優(yōu)化變得輕而易舉。通過這種簡便的方法，工程師們可以更高效地進行控制回路仿真，提高電源設(shè)計的質(zhì)量和穩(wěn)定性。