应用笔记 3442

利用简单的PSPICE模型估算MAX8546的稳定性和瞬态响应


摘要 : MAX8546是低成本、宽输入电压范围、降压型控制器,带有折返式限流。利用简单的PSPICE模型可以得到开环增益波特图,并估算MAX8546设计的负载瞬态响应。

MAX8546是低成本、宽输入电压范围、降压型控制器,带有折返式限流。其300kHz开关频率允许使用低成本的外部器件,如铁粉芯电感和铝电解电容,并能提供必要的控制带宽,保证良好的瞬态响应。通过监测低端MOSFET的Rds(on)实现低成本、无损耗过流保护。有关MAX8546的详细设计步骤,可参考MAX8546数据资料。

本文提供了一个额外的设计工具,利用一个简单的PSPICE模型产生开环增益波特图并推算MAX8546设计的负载瞬态响应。可以下载用于建模的评估板电路,该模型非常简单,可在PSPICE评估版本上运行,可以下载PSPICE模型。

图1所示为用于降压转换器的交流模型,具有固定直流输入电压。用来驱动输出L-C滤波器和负载的交流电压由直流输入电压Vin和占空比扰动信号(d)的乘积,这个扰动信号是经过补偿的控制器输出。

图1. 用于交流分析的降压转换器模型
图1. 用于交流分析的降压转换器模型

图2所示为交流PSPICE模型,输出电压经过电阻R1和R2分压后降至反馈门限电压Vfb,为0.8V。MAX8546的跨导误差放大器利用一个压控电流源建模,按照数据资料的规定,增益G为108µs,R4和C10组成的补偿网络连接至MAX8546的COMP引脚。跨导放大器的输出电阻Ro设置为37MΩ。MAX8546的PWM比较器采用1V斜坡电压,PWM调制器的小信号增益为1。控制器的输出乘以增益等于输入直流电压(12V),由此得到的交流电压驱动输出L-C滤波器和负载。建模时也应考虑寄生参数的影响,例如:输出电容的ESR和电感的等效串联电阻。100mV的交流电压源V2加入环路中,在PSPICE模型中分析频域的交流特性。从V2正极到其负极增益表现为开环增益,得到的波特图如图3所示。观测到的相位裕量约为85度,表明是很好的阻尼系统。

图2. 用于MAX8546交流分析的PSPICE原理图
图2. 用于MAX8546交流分析的PSPICE原理图

图3. 降压型转换器的开环增益和相位仿真结果
图3. 降压型转换器的开环增益和相位仿真结果

负载瞬态响应由图4 PSPICE原理图的时域仿真获得,进行时域分析时去掉交流源V2。脉冲电流源I2用来模拟一个3A的负载阶跃。通过设置I2的TR (上升时间)和TF (下降时间),将负载阶跃的摆率置为15A/µs。初始条件设置在标称值,如图所示;在仿真设置对话框中进行相应的选择,PSPICE模型跳过偏置点计算。对于补偿电容,其初始条件是等于标称电压占空比(即Vo/Vin)。负载瞬态响应仿真结果如图5所示。良好阻尼的输出电压瞬态波形可以保证从交流模型获得的频率响应。

图4. 用于MAX8546时域分析的PSPICE原理图
图4. 用于MAX8546时域分析的PSPICE原理图

图5. 负载瞬态响应仿真结果
图5. 负载瞬态响应仿真结果

Vout峰值偏差为62mV;建立时间Ts为30µs。图6是在MAX8546评估板上实际测量的负载瞬态响应,该结果与通过模型推算的结果非常接近. 测量到的峰值偏差约为65mV、建立时间约为28µs。

图6. 负载瞬态响应测量结果
图6. 负载瞬态响应测量结果