在電子電路設(shè)計(jì)中，降壓轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性至關(guān)重要。當(dāng)我們首次啟動(dòng)降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，若能確信它會(huì)穩(wěn)定運(yùn)行，無(wú)疑能為后續(xù)的工作節(jié)省大量的時(shí)間和精力。而這一目標(biāo)可以通過(guò)使用簡(jiǎn)單的仿真模型以及一些簡(jiǎn)單的計(jì)算來(lái)設(shè)置誤差放大器和功率級(jí)增益來(lái)實(shí)現(xiàn)。
圖 1 展示了帶有誤差放大器、功率級(jí)增益和輸出濾波器的電流模式（CM）模型。誤差放大器會(huì)對(duì)輸出電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將其與內(nèi)部參考電壓進(jìn)行比較，并向功率級(jí)生成誤差信號(hào)。功率級(jí)增益模塊則負(fù)責(zé)將誤差電壓轉(zhuǎn)換為輸出電流。這里使用簡(jiǎn)單的壓控電流源對(duì)兩種增益進(jìn)行建模。在輸出端添加無(wú)損傳輸線，能夠引入相位滯后，從而提高更高帶寬（BW）的精度。

圖 1：CM 控制回路模型
為了測(cè)量系統(tǒng)的環(huán)路增益，我們將 1Vac 擾動(dòng)注入反饋，并使其傳播到功率級(jí)濾波器輸出 V_loop。通過(guò)將反饋連接到誤差放大器的正輸入而非負(fù)輸入，可以消除相移。這樣一來(lái)，電源的相位裕度在 V_loop 處就可以直接讀取。
在進(jìn)行模型搭建時(shí)，我們必須確定兩個(gè)誤差放大器參數(shù)，即直流增益和運(yùn)算放大器（op - amp）BW。大多數(shù)控制器數(shù)據(jù)表都會(huì)明確指定這兩個(gè)參數(shù)。為了模擬運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)頻率響應(yīng)，我們首先要通過(guò)將 800V/V（或 58dB）的開(kāi)環(huán)增益除以 92μA/V 的跨導(dǎo)來(lái)計(jì)算輸出阻抗（R_ZO），經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的輸出阻抗為 8.7MOhms。接下來(lái)，計(jì)算低頻極點(diǎn)，按照數(shù)據(jù)表的要求將其 BW 設(shè)置為 2.7MHz，由此可得出需要 3.4kHz（2.7MHz / 800）的極點(diǎn)。結(jié)合這個(gè)極點(diǎn)頻率和 8.7MOhms 的輸出阻抗，會(huì)產(chǎn)生 5.4pF 的輸出電容。而組件 R2、C1 和 C2 則為穩(wěn)定電源提供所需的外部補(bǔ)償。
對(duì)于功率級(jí)模塊，我根據(jù)數(shù)據(jù)表將其增益設(shè)置為 10A/V。在 CM 控制模式下，峰值電流會(huì)跟隨誤差信號(hào)，這使得電感器可以被看作電流源，從而在模型中可以將其消除。不過(guò)，輸出濾波器組件的值必須準(zhǔn)確，因?yàn)樗鼈儠?huì)影響濾波器極點(diǎn)和零頻率，進(jìn)而影響轉(zhuǎn)換器的帶寬和產(chǎn)生的相位響應(yīng)。需要特別注意的是，要降低陶瓷輸出電容的直流偏置電容，因?yàn)樗ǔ＿h(yuǎn)小于規(guī)定值。此外，鋁電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）在冷運(yùn)行時(shí)會(huì)增加十倍以上，所以在驗(yàn)證穩(wěn)定性時(shí)，務(wù)必使用最高預(yù)期 ESR。
傳輸線的引入會(huì)產(chǎn)生相位滯后，這有助于提高更高頻率的精度。這種相位滯后是傳播延遲的結(jié)果，它與轉(zhuǎn)換器從最初發(fā)出命令到實(shí)際切換所需的時(shí)間有關(guān)。平均延遲時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期的二分之一，并在開(kāi)關(guān)頻率的二分之一處引入 90° 相位滯后。對(duì)于低帶寬轉(zhuǎn)換器，這種影響相對(duì)較小。然而，當(dāng) BW 接近開(kāi)關(guān)頻率的二分之一時(shí)，相位會(huì)顯著降低，從而更好地匹配實(shí)際相位響應(yīng)。如果模型中沒(méi)有考慮傳輸線的影響，預(yù)計(jì)相位響應(yīng)誤差會(huì)增加到開(kāi)關(guān)頻率的十分之一以上。
圖 2 展示了模擬響應(yīng)，圖 3 則顯示了實(shí)際測(cè)量結(jié)果。從圖中可以看出，傳輸線降低了較高頻率的相位。預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)有較好的相關(guān)性，但兩者之間確實(shí)存在一些誤差。這些差異可能是由于內(nèi)部斜率補(bǔ)償和元件參數(shù)的實(shí)際值差異等因素造成的。

圖 2：模擬 CM 模型的增益和相位裕度

圖 3：實(shí)驗(yàn)室測(cè)量顯示出良好的相關(guān)性
總的來(lái)說(shuō)，這種簡(jiǎn)單的 SPICE 模型為驗(yàn)證 CM 降壓轉(zhuǎn)換器中的補(bǔ)償值提供了一種便捷且具有合理精度的方法。通過(guò)模擬結(jié)果，我們可以驗(yàn)證穩(wěn)定性，減少測(cè)試時(shí)間，并且還能對(duì)第二級(jí) LC 濾波器、長(zhǎng)電感引線和下游電容的影響進(jìn)行建模。