電源設計模型和仿真通常局限于典型值。要更全面地了解最終設計過程，需要考慮模型未考慮的潛在硅變化。在本設計解決方案中，我們將研究電容或電感變化等非理想問題，這些變化導致下降電壓偏差高達±10mV（標稱3.3V的0.3%），說明在仿真過程中需要了解和考慮物理組件的變化。

介紹

在上一篇文章中，我們研究了降壓轉換器誤差預算的手動計算，并了解了它們與EE-Sim工具（Maxim的在線SIMPRIS電源設計和仿真工具）的仿真結果的對比情況。這 自然會引出一個更深層次的問題：模型與臺架測量值的匹配程度如何？因為歸根結底， 重要的是物理硅，如果世界上所有的計算和模擬不能充分模擬您的真實電源，它們將無濟于事。?

那么，這些模型如何與臺式測量相媲美呢？有關此問題的快速答案，請查看圖 1。它顯示 MAX17242EVKIT輸出響應負載階躍，MAX17242 SIMPLIS型號響應相同的負載階躍 在Maxim新的OASIS（包括SIMPLIS的離線模擬仿真器）設計工具中。相關性，尤其是 關于峰值浪涌/暫降電壓和恢復時間，是顯著的。

圖1.實驗室工作臺上MAX17242EVKIT與MAX17242 SIMPLIS模型的負載階躍響應比較 EE-Sim OASIS模擬。

當然，這不是來自典型的模型，這是有充分理由的：每塊硅都會有一點反應。 不同，而模型的每個實例都必須以相同的方式響應。模型參數(shù)與 典型的硅參數(shù)，因此將它們與隨機IC進行比較必然會帶來差異。為了建立 模型的準確性，我們用于生成上述階躍響應的模型已略有調整以匹配 工作臺上硅的值，我們將在下面詳細解釋這一過程。

確定必要的調整需要快速訪問波特圖的頻域，但是一旦我們 確定我們可以信任模型的結果，我們可以使用它來顯示預測的階躍響應范圍 工藝和組件變化。

關聯(lián)過程

在診斷問題和發(fā)現(xiàn)電源差異時，電源設計人員的 工具箱比波特圖更強大。瞬態(tài)波形上存在振鈴提示存在問題， 但它對確定問題的根源幾乎沒有作用。移動到頻域提供了有關以下內容的更多信息 問題來自哪里以及如何解決它。當涉及到將模型參數(shù)與硬件相關聯(lián)時， 我們只在頻域工作。波特圖排列后，時域相關性顯示在 圖 1 自行發(fā)生。

Maxim使用SIMPLIS，部分原因是您無法使用SPICE快速訪問頻域。你要么必須 停止并花費額外的時間創(chuàng)建（并關聯(lián)）線性化平均模型，以便在 SPICE AC 仿真中運行 或者通過一遍又一遍地使用不同的時域模型來在時域中繁瑣地工作 在長時域 SPICE 仿真中測試信號頻率。然后，您將對每個執(zhí)行FFT后處理 輸出，最后，手動將FFT結果拼接成波特圖。

另一方面，Maxim全新EE-Sim OASIS設計工具附帶的SIMPLIS仿真器提供了周期性的 工作點 （POP） 分析可快速建立時域模型。它包括一個專有的 線性化/平均算法，直接從提取的頻域數(shù)據(jù)無縫生成波特圖。 在單個仿真中有效地從同一模型導出交流和瞬態(tài)數(shù)據(jù)，從而加快了相關性 按數(shù)量級處理。說到速度，開關轉換器除了波特圖的優(yōu)勢外 SIMPLIS 中的時域仿真比 SPICE 中的時域仿真要快。將模型導入到Maxim的EE-Sim OASIS設計中 工具提供了在時域和頻域中快速調整和測試模型的理想環(huán)境。

圖2.EE-Sim OASIS中用于模擬MAX17242EVKIT的原理圖。輸入和輸出電容器已 根據(jù)直流電壓從原理圖值降額。三個獨立的波特探頭允許測量全回路傳遞函數(shù)，以及單個功率級和補償器級傳遞函數(shù)。

我們使用MAX17242評估板做的第一件事就是在控制環(huán)路上運行交流分析。 與放置在相同電路中的典型模型的仿真相比（圖 2）。三者中的第一個 原理圖中的波特探頭允許我們捕獲全環(huán)路傳遞函數(shù)，而另外兩個探頭允許我們捕獲 將其拆分為單獨的補償器（OUT to COMP）和功率級（COMP to OUT）傳遞函數(shù)。 這種設置在工作臺測量中進行了模擬，模型和工作臺結果疊加在圖3中。這 圖當然相似，但與某些極點和增益值存在明顯差異。

圖3.波特圖顯示了功率級、補償器級和全環(huán)路的增益和相位（從上到下） 臺架測量和典型模型。

通過分離控制回路，模型和硬件之間差異的來源變得顯而易見。 模型和電路板的功率級幾乎相同，但在補償級中，直流增益 模型太高，第一極發(fā)生得太早。通過推動跨導增益和輸出電阻 誤差放大器遠離其典型值（但仍在規(guī)格范圍內），我們可以將模型的行為推至 模仿我們在長凳上觀察到的東西。輸出電阻和跨導增益是我們接觸的唯一參數(shù)， 結果如圖 4 所示。測量和模型整齊地相互重疊，增益永遠不會偏離 相位響應通常在5度以內或更近的交越頻率。

圖4.波特圖顯示了功率級、補償器級和全環(huán)路的增益和相位（從上到下） 臺階測量和相關模型。

一旦測量和建模的波特圖排列好，我們繼續(xù)進行瞬態(tài)分析。我們開始在 硬件，仔細測量負載電流和輸出響應。保持刺激相同 并盡可能消除模型和工作臺之間的差異，我們使用測量的負載電流 在仿真環(huán)境中創(chuàng)建自定義電流源。這使我們能夠使用相同的負載測試模型 硬件所經歷的步驟，而不是理想化的近似。

此時，已經關聯(lián)了波特圖并為物理電路和建模電路提供了相同的刺激， 瞬態(tài)響應排成一排，無需任何額外工作。圖1是提供變化的證據(jù) 在硅片中，EE-Sim中使用的SIMPLIS模型可提供非常準確的響應，是一種可靠的工具 用于設計和仿真現(xiàn)實生活中的電源。

外推結果

在模型中建立高度信任度，我們不僅可以設計和仿真典型的電源設計， 還可以掃描特定參數(shù)，以了解跨組件的潛在瞬態(tài)響應范圍和 硅變化。圖5對此進行了說明，顯示了±10%的預期負載階躍響應和波特圖 負載電容容差、電感容差±20%以及誤差放大器跨導±3dB變化。

圖5.電感、輸出典型變化的預期瞬態(tài)和頻率響應范圍 電容和誤差放大器跨導。

這些結果與直覺相符：增加輸出電容或減小電感值將減小 負載階躍后電壓下降的大小，但對整體建立時間影響不大。增加 另一方面，誤差放大器跨導對電壓下降的影響很小，但速度更快 恢復到標稱輸出，但代價是在恢復期間出現(xiàn)更多的振鈴。

結論

為了有效地使用我們的設計工具，我們需要信任它們，這需要我們確定它們何時 準確，何時不準確。當涉及到EE-Sim設計工具中使用的SIMPLIS模型時，與 基準數(shù)據(jù)表明，我們對仿真結果反映預期行為具有很高的信心 的部分。然而，仿真的性質意味著我們的模型和模擬僅限于典型值， 更完整的最終設計圖要求我們考慮模型的潛在硅變化 不會解釋。在我們的例子中，補償模型預測的瞬態(tài)下降電壓與 測量到十分之一毫伏以內。但是，電容器或電感器變化等非理想性 對壓降電壓產生了±10mV（標稱3.3V的0.3%）偏差，說明需要了解 并考慮仿真過程中預期的物理組件變化。

審核編輯：郭婷