技術洞察 | 有延遲環節的burst控制中得到響應時間變化規律的仿真分析方法

本文作者：汪月亮

英飛凌消費、計算與通訊業務大中華區 高級主任工程師

關鍵詞：延遲環節，burst控制方法，靜態工作點，等效仿真模型，瞬態響應

1、引言

在現代電源晶片設計中，模數結合的方法已經很常見。數字控制的方法的好處是：抗干擾能力強、控制精確、靈活性好、系統的兼容性好、方便實現電源管理。在數字控制模式中，可以輕鬆引入延遲環節，讓控制更加靈活，高效。這種方法帶來的問題是，在引入延遲環節後，在電源工程設計中，最常見的用零極分布來分析電路響應的方法不再適用。引入延遲環節後，通常傳遞函數用（G(s)=e^τs）來表示，但在真實過程中，τ的不確定性讓分析難度加大。在工程實踐中，仿真的辦法，是快速理解與找到解決問題的有效手段。那麼如何設定仿真模型可以得到理想的結果就很重要。本文將基於對一種burst控制方法的理解，給出一種在靜態工作點作瞬態響應仿真的方法來獲得對這類問題的理解與工程解決方法。

2、一種有延遲環節的burst控制方法

圖一 burst控制方法

如圖二所示，這是一種常見的由TL431與光藕組成反饋電路，反饋補償是Ⅱ類補償電路。輸出電壓為12V。靜態工作點主要是確定兩個反饋電容在穩態時的電壓值。                 

首先定義光藕的工作狀態：CTR: 50%; VF: 1.45V

定義光藕的工作電流：IF: 0.33mA （備註：此電流由晶片工作狀態決定）

定義TL431參考腳電壓：Vref: 2.5V

定義輸出電壓：Vout=12V

反饋補償的電容（C1,C2）上的電壓為：Vout-VF-(IF*R5)-Vref

得到反饋補償的電容（C1,C2）上的電壓為：12V-1.45V-(0.33mAx1k)-2.5V≈8V

由此得到在12V穩態下，C1,C2上的電壓為8V

4、仿真建立方法與等效仿真模型

實際工程樣機為一台60W, 12V/5A的電源，控制晶片的burst控制方法如前圖一所示。

1、假定設計目標為進入burst態，重新發出驅動時，12V輸出電壓的跌落小於0.5V，以此設定仿真的電壓源，如圖所示，12V的輸出，電壓源取11.5V

2、反饋網絡取值等同於實際電路取值

3、用二極體取代光藕，去光藕的CTR動態

4、用流經二極體的電流等效晶片反饋 (FB) 電壓的變化速率

5、設定反饋電容的初始電壓為系統輸出電壓為12V穩態時的初始電壓（如圖為8V）

6、選定SIMETRIX為仿真工具，分析模型選擇瞬態分析。

建立的仿真電路如下圖三所示。

這種仿真分析方法的目的是用來幫助理解電路的工作與工程實踐中的元件參數的調試方向。很明顯，流經此二極體的電流會影響電源控制晶片反饋 (FB) 腳上電壓的上升，控制的目標就是，讓這一路電流儘快掉到最小，以得到反饋 (FB) 電壓的上升。

仿真結果如下:

電路的初始參數如圖三所示

選取不同的反饋電阻值，如圖三中的R2 (3k-100k)，對流經光藕的電流IPROB2分析，得到圖四，圖五，不同反饋補償電阻值下的光藕電流隨時間變化規律。

選取不同的反饋電容值，圖三中的C1 (10nF-1uF) ,對流經光藕的電流IPROB2分析，得到圖六。

選取不同的反饋電容值，圖三中的C2 (1nF-100nF)，對流經光藕的電流IPROB2分析，得到圖七。