－如果不能使用FRA，則可以通過仿真來處理。

現(xiàn)在，我想實際進(jìn)行DC/DC轉(zhuǎn)換器的頻率特性仿真并將DC/DC轉(zhuǎn)換器的頻率特性仿真結(jié)果與DC/DC轉(zhuǎn)換器的頻率特性實測值進(jìn)行比較，在此之前，請允許我先給出一些前提條件和理論。這樣在看波形時會更容易理解。

首先，用于驗證的電源IC使用具有代表性的二極管整流DCDC轉(zhuǎn)換器BD90640EFJ。下面是標(biāo)準(zhǔn)的電路配置、內(nèi)部框圖及產(chǎn)品特點。

主要特點
?最大輸入電壓：42V
?輸入電壓范圍：3.5～36V
?輸出電流：4A（內(nèi)置Pch MOSFET）
?開關(guān)頻率：50k～600kHz、
±10%精度
?待機(jī)電流低：0μA
?輸出電壓可調(diào)
?參考電壓精度：0.8V±2%
?占空比可達(dá)100%
?具有過電流保護(hù)、熱關(guān)斷功能
?HTSOP-J8封裝

接下來，下面給出的電路圖是BD90640EFJ評估板的電路，我們將使用該評估板對每種特性進(jìn)行實測。BD90640EFJ仿真模型的規(guī)格與該電路相同（用于連接FRA的R100除外）。

BD90640EFJ-C　評估板電路和規(guī)格

BD90640EFJ具有一個稱為“VC”的引腳。從內(nèi)部框圖可以看出，該引腳直接與內(nèi)部誤差放大器的輸出端相連接。反饋環(huán)路的相位補(bǔ)償，即頻率特性的調(diào)整，是通過外部連接到該引腳的相位補(bǔ)償用電阻R3和電容器C1進(jìn)行的。在這次驗證中，我們將通過在保持C1不變的同時更改R3的電阻值來確認(rèn)頻率特性的變化。

下圖說明了相位補(bǔ)償電路的工作以及與相位補(bǔ)償電阻R3之間的關(guān)系。

相位補(bǔ)償是通過連接到VC引腳的R3和C1，插入相位超前（零點）補(bǔ)償，以消除在IC內(nèi)部產(chǎn)生的相位延遲（極點）。上圖中給出了極點fp1和零點fz2的公式。

請看該圖中藍(lán)框中列出的項目和波特圖。R3=20kΩ是評估電路的標(biāo)準(zhǔn)值，中間的波特圖即采用該標(biāo)準(zhǔn)值的結(jié)果，藍(lán)線表示相位特性，紅線表示增益特性。左側(cè)是將R3減小到3kΩ時的波特圖，粗線是R3=20kΩ時的標(biāo)準(zhǔn)特性，用于比較；在該條件下的每種特性均用相同顏色的細(xì)線表示，可能不是很容易看清楚。右側(cè)是提高R3后的波特圖，同樣，細(xì)線是該條件下的特性。

當(dāng)降低R3的值時，零點fz2向高頻段移動。在R3=3kΩ時，從20kΩ時的1.7kHz移至11.3kHz。因此，直到更高的頻段增益都持續(xù)下降。零交越（Fc）發(fā)生在33.1kHz至8.7kHz的較低頻段中。結(jié)果是相位裕度雖然會增加，但是響應(yīng)速度卻會變慢。

當(dāng)提高R3的值時，零點fz2向低頻段移動。因此，增益在低頻段發(fā)生逆轉(zhuǎn)。零交越發(fā)生在更高的頻段。結(jié)果是相位裕度雖然減少，但是響應(yīng)速度會變快。

－也就是說，零點頻率會隨R3的電阻值而變化，并且相位裕度和響應(yīng)性能也會隨之變化。降低R3會增加相位裕度，但會降低響應(yīng)速度，而提高R3會減少相位裕度，但會加快響應(yīng)速度，對吧？

的確如此。電阻值的增減與頻率特性變化之間的關(guān)系很重要，因為這是調(diào)整時的重要依據(jù)。
序言已經(jīng)有點太長了，下面進(jìn)入實際的仿真環(huán)節(jié)。

我們將使用2020年2月份在ROHM官網(wǎng)上發(fā)布的“ROHM Solution Simulator”進(jìn)行仿真。僅需注冊成為MyROHM會員，立即就可以使用ROHM Solution Simulator。如果已經(jīng)注冊，請登錄。

單擊ROHM官網(wǎng)上的HOME“設(shè)計支持工具”的“ROHM Solution Simulator”（截屏①）即可打開頁面②。單擊頁面中間的“IC’s Solution Circuit”的“Switching Regulators”即可打開如③所示的列表。如果從該列表中單擊“BD90640EFJ”的“Simulation”按鈕，則ROHM Solution Simulator啟動，并且同時打開BD90640EFJ的仿真電路。
Simulation有“Frequency Domain（頻域）”和“Time Domain（時域）”兩種仿真。此次我們將首先模擬頻率特性，因此請單擊“Frequency Domain”的“Simulation”按鈕。Time Domain將在后面進(jìn)行說明。

當(dāng)仿真開始時，將打開如④所示帶有電路圖的“SCHEMATIC INFORMATION”畫面。確認(rèn)IC的型號正確后，單擊電路圖或中心附近的Run圖標(biāo)（?），將會切換為⑤所示的畫面，這時即可更改仿真和組件常數(shù)。每個外置部件的常數(shù)與評估電路相同。相位補(bǔ)償電阻R3為紅色圓圈中的部分。在評估電路中，插入了R100用于連接FRA，但是在該電路中，在這部分插入了相位/增益測量用的“AC Open-loop Transfer Function Measurement Loop Insert Model”，請看已經(jīng)通過該模型獲得的波特圖。單擊⑤畫面頂部紅色圓圈中的?標(biāo)記，即可開始仿真。

要獲得更改目標(biāo)R3時的頻率特性時，雙擊R3即可打開如⑥所示的R3的屬性編輯器（Property Editor），因此，可將RESISTANCE_VALUE從默認(rèn)的20k更改為3k和62k并分別進(jìn)行仿真。僅需幾秒鐘即可輸出結(jié)果。

－從剛剛您在電腦上的實際操作看，的確非常簡單。特別是無需在公司或個人電腦本地端安裝任何程序即可立即使用這一點，我認(rèn)為真的非常好。而且，更令人驚訝的是，仿真結(jié)果會立即輸出。

是的，只要可以聯(lián)網(wǎng)即可立即使用，因此建議您試用一下。特別是為進(jìn)行頻率特性仿真而準(zhǔn)備的Frequency Domain電路，經(jīng)過ROHM建模，可以即時獲得結(jié)果。

此次，我們將對頻率特性的仿真結(jié)果與實測特性進(jìn)行比較和探討。為此，除了波特圖外，還需要瞬態(tài)響應(yīng)波形，以根據(jù)輸出的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)波形來判斷相位補(bǔ)償是否合適。使用前述的Time Domain仿真電路模型，即可實施負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)波形仿真。此外，還可以實施電路每個節(jié)點的電壓和電流波形等的仿真。

首先，我們來啟動Time Domain仿真模型。我們返回到③中所示的Switching Regulators列表，并單擊⑦中所示的“Time Domain”列中的BD90640EFJ的Simulation按鈕。通過與④相同的方式打開SCHEMATIC INFORMATION畫面，并同樣單擊電路圖或中心附近的 標(biāo)記，即可顯示仿真畫面（⑧）。⑧的仿真電路與基本電路相同，但是是可以監(jiān)測輸入電壓輸入時的開關(guān)節(jié)點電壓和輸出電壓的啟動波形的仿真電路。
該電路對于確認(rèn)DCDC轉(zhuǎn)換器的基本工作和啟動時間很有用，但是要想進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)仿真，則還需要進(jìn)行一些修改。

在ROHM Solution Simulator上，只更改常數(shù)參數(shù)，是不能更改電路或添加元件的，因此需要移行至ROHM Solution Simulator平臺“SystemVision? Cloud”進(jìn)行修改。進(jìn)行操作很容易，僅需單擊仿真畫面右下角紅色框中的“Edit in systemvision.com”按鈕即可。點擊后，將顯示如⑨所示的畫面。
在左側(cè)菜單中將會出現(xiàn)組件選擇選項，選擇所需的組件并在畫面上將其展開以修改電路圖。

⑨是將瞬態(tài)響應(yīng)特性仿真所需的脈沖電流源（Current Source – Pulsed）和電流監(jiān)控器（Current Monitor）組件拖動到電路圖上的圖像。⑩是通過接線使脈沖電流源成為負(fù)載，將電流監(jiān)控器插入輸出線，并將探頭連接到輸出電壓（藍(lán)色）和輸出電流（紅色）的電路圖?，F(xiàn)在，按照響應(yīng)確認(rèn)條件分別設(shè)置脈沖電流源的參數(shù)，通過與頻率特性仿真相同的方式更改相位補(bǔ)償電阻R3的值，并獲取仿真數(shù)據(jù)。

－原來如此。也就是說，只要使用基本仿真模型修改電路，就可以執(zhí)行各種仿真。而且，感覺操作非常簡單。

是?。≈灰私饬嘶静僮?，就不難使用。現(xiàn)在，讓我們來比較一下仿真結(jié)果和實測特性。

首先，從波特圖中可以看出，雖然可以說相位和增益的曲線特征都非常相近，但是零交越頻率（Fc）卻存在偏差。這是由于各種因素造成的。比如在仿真中，將部件常數(shù)設(shè)置為沒有容差的值，與評估板上的部件之間存在一些差異；比如并未全部反映出實際電路板上的寄生分量；比如這是理想狀態(tài)等。但是，我們已經(jīng)通過仿真捕捉到了R3的增減帶來的變化趨勢，并且已經(jīng)獲得了足夠的數(shù)據(jù)用來參考。例如，提高輸入?yún)?shù)的精度（例如輸入考慮到陶瓷電容器的DC偏置特性的值）將進(jìn)一步提高結(jié)果的精度。

－就是前面提到的特性變化，即零點頻率會隨R3電阻值而變化，并且相位裕度和響應(yīng)性能也會隨之變化。降低R3會增加相位裕度，但會降低響應(yīng)速度，而提高R3會減少相位裕度，但會加快響應(yīng)速度，是嗎？

是的。通過負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的波形也可以確認(rèn)這一點。出于相同的原因，波形與實測結(jié)果并不完全相同，但是如您所見，仿真很好地再現(xiàn)了這些特征。在這兩種波形中，都表現(xiàn)出一樣的趨勢，當(dāng)R3減小時響應(yīng)速度會降低，并且輸出電壓相對于負(fù)載變化具有很大的波動；當(dāng)R3增加時，響應(yīng)性能得到改善，并且輸出電壓的波動變小。

－當(dāng)R3=62kΩ時，實測波形的波動部分被放大了，為什么？

這是為了表明在負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)期間發(fā)生了振鈴。這是負(fù)載響應(yīng)得到改善，但相位裕度減少、穩(wěn)定性降低的結(jié)果。

－我們已經(jīng)比較了DC/DC轉(zhuǎn)換器的頻率特性和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的仿真數(shù)據(jù)以及實測數(shù)據(jù)，下面請您總結(jié)一下比較結(jié)果。

首先，在評估DC/DC轉(zhuǎn)換器時，穩(wěn)定性和響應(yīng)性是非常重要的特性。
對于這些DC/DC轉(zhuǎn)換器評估，需要使用FRA測量頻率特性，并使用電源IC的相位調(diào)整用引腳進(jìn)行優(yōu)化。在此次的示例中，是通過將BD90640EFJ的VC引腳的相位補(bǔ)償電阻值從標(biāo)準(zhǔn)值增加或減少值，來確認(rèn)特性變化的，但使用評估板或整機(jī)等實物進(jìn)行確認(rèn)時，需要反復(fù)試錯，比如反復(fù)進(jìn)行電路板的加工以連接FRA，反復(fù)進(jìn)行電阻和電容器的更換作業(yè)等，工作量很大，不僅如此，近年來呈現(xiàn)高密度安裝趨勢，這種情況下非常可能無法進(jìn)行這些操作。在此之前，無法使用FRA的情況也不在少數(shù)。

就像這次您看到的一樣，利用仿真，可以通過更改部件常數(shù)非常輕松地確認(rèn)特性。仿真結(jié)果基本上包含與實測值之間的偏差，但是由于可以掌握相對于部件常數(shù)變化的波動趨勢，因此可以基于仿真結(jié)果為部件常數(shù)設(shè)置大致目標(biāo)。我們認(rèn)為，通過使用仿真，DC/DC轉(zhuǎn)換器頻率特性的優(yōu)化工作將會變得更輕松，這將能夠加快DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計速度。

－順便問一下，關(guān)于ROHM Solution Simulator，有相關(guān)的資料嗎？

當(dāng)您訪問ROHM Solution Simulator的導(dǎo)入頁面時，會看到相應(yīng)的鏈接，點擊鏈接可立即下載用戶手冊和白皮書。還有介紹概要和導(dǎo)入方法的視頻。
基本上，有關(guān)ROHM Solution Simulator的所有信息都可以從該頁面訪問。

－我聽說這次使用的仿真電路今后會繼續(xù)增加。

目前，大體上有功率元器件電路解決方案（Power Device Solution Circuit）和IC電路解決方案（ICs Solution Circuit），它們都是與電源相關(guān)的項目。這也是因為功率元器件的應(yīng)用產(chǎn)品呈現(xiàn)高電壓和大功率趨勢，非常不容易評估，因此建議充分運用仿真技術(shù)。關(guān)于IC電路解決方案，希望能像這次一樣，作為設(shè)計和評估的輔助工具發(fā)揮其應(yīng)用的作用。這兩種解決方案每天都在開發(fā)中，并且解決方案的數(shù)量也在不斷增加中。

－感謝您的講解。

審核編輯?黃宇

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