3 PSpice 中的環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試電路和仿真

在環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試中，頻率響應(yīng)分析器會(huì)繪制波特圖，但并非通過獲取開環(huán)傳遞函數(shù)的方式來實(shí)現(xiàn)，而是直接計(jì)算輸出和輸入信號(hào)的增益和相移。該過程如圖 3-1 中所述。

在圖 3-1 中，f_INJ 是注入信號(hào)頻率，[f_START, f_END] 是掃頻范圍，V_A(AC) 和 V_B(AC) 是注入和輸出電壓點(diǎn)處電壓的交流分量。

在 PSpice 中，環(huán)路穩(wěn)定性測(cè)試仿真遵循相同的過程。假設(shè)使用具有典型峰值電流模式控制功能的同步降壓轉(zhuǎn)換器，如圖 3-2 中所示。

開環(huán)傳遞函數(shù)是在參考應(yīng)用手冊(cè) SNVA793 中得出的。將圖 3-2 中所示電路的參數(shù)代入其傳遞函數(shù)時(shí)，便可以得到圖 3-3 中所示的理論波特圖。

在進(jìn)行環(huán)路穩(wěn)定性仿真時(shí)，紋波注入的電路連接應(yīng)當(dāng)與實(shí)際環(huán)路測(cè)試相同。另外，負(fù)責(zé)執(zhí)行掃描的頻率響應(yīng)分析器功能部分也需要通過 PSpice 命令來實(shí)現(xiàn)。綜合這些考慮因素，仿真電路如圖 3-4 中所示。

在圖 3-4 中，一個(gè)交流電壓源與一個(gè) 50Ω 的典型電阻器并聯(lián)。電壓應(yīng)非常小，以便轉(zhuǎn)換器的直流工作點(diǎn)不會(huì)發(fā)生變化。本例中采用幅度為 10mV 的電壓源。交流電源的頻率會(huì)掃描變化，因此這里采用一個(gè)變型 freq。在正確連接紋波注入后，通過紅色方框中列出的 PSpice 命令實(shí)現(xiàn)頻率掃描。下面詳細(xì)介紹了相關(guān)命令。

第 1 行：.param freq = 10k

第 1 行是 freq 的定義并設(shè)置了默認(rèn)值。

第 2 行：.TRAN 0 {10/Freq+150u} 150u

第 2 行定義了單個(gè)頻率點(diǎn)的仿真時(shí)間。通常，它從 0 開始，并在轉(zhuǎn)換器達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)一定時(shí)間后結(jié)束。本例中，降壓轉(zhuǎn)換器在 150us 后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作。在此之前，它處于啟動(dòng)狀態(tài)，不適合用于環(huán)路測(cè)試。在 150us 后，剩余的仿真時(shí)間為當(dāng)前頻率下的 10 個(gè)周期。10 個(gè)周期的長度足夠仿真器計(jì)算輸入和輸出信號(hào)上的增益和相移。

第 3 行：.STEP DEC PARAM FREQ 10k 100k 100

第 3 行定義了頻率掃描的總范圍和步長。本例中，掃描從 10kHz 開始，到 100kHz 結(jié)束。步數(shù)為每相差 10 倍 100 步。因此，10kHz 至 100kHz 范圍內(nèi)總共需要進(jìn)行 100 步掃描。

第 4 行：.PROBE64 P(FREQ)

第 4 行是 PSpice 中的探測(cè)和繪圖命令。

第 5 行：.options MINSIMPTS = 1000

第 5 行指定了仿真輸出中每個(gè)部分的最小點(diǎn)數(shù)。

運(yùn)行仿真時(shí)，將會(huì)仿真一組波形并載入探測(cè)窗口中。首先選擇 FRA 函數(shù)并使用波形數(shù)據(jù)文件，分別由 Bode-out 和 Bode_in net 設(shè)置布線 1 和 2。然后可以處理波特圖，如圖 3-5 中所示。

仿真得到的波特圖與計(jì)算得到的波特圖相差很小。因此，它驗(yàn)證了環(huán)路測(cè)試注入電路和頻率響應(yīng)分析器建模功能，以便可以通過瞬態(tài) PSpice 模型應(yīng)用于任何類型的直流/直流轉(zhuǎn)換器仿真。