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未解决

用simplis对buck进行建模

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iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-26 22:01:14
10问答币
各位前辈好,最近刚玩simplis,遇到蛮多问题,自己搞不定,所以发上来请教一下。
我搭了以下的电路来仿真Buck的环路稳定性问题:
8.PNG

简单的计算到LC双层极点为Flc=1/(6.28*57u)=2.8kHz,补偿网络补了两个零点,基本也处于Flc附近,同时R4和C2也在8.8KHz附近补偿了一个极点。同时理论上,C3/R2提供一个零极点。
但仿真得到的phase/gain却如下:
12.PNG
看上去零极点好像没有起作用,而且R4/C2的极点影响了相位。(理论上,可以和esr极点抵消),那我试着改小R4,从22k减少到2.2k,试图把极点往后推:
14.PNG

但得到的结果却没有多大的变化,甚至更糟糕:
13.PNG

于是我去掉了补偿,想看看没有补偿网络下,原始的幅频特性如下:(esr电阻一直设定为30mohm)
15.PNG

仿真得到的幅频特性如下:
16.PNG

有几点疑惑:
1.虽然从幅度衰减速度看,有40db,但没有看到明显的双重极点产生的Q
2.ESR零点貌似没有起作用,所以后面一直40db的衰减
我接着尝试,直接将ESR电阻设置为0,如下:
17.PNG

但却报错:
18.PNG

请问这是因为什么原因?我一直对报错的问题,不知所措。不知道怎么解。也出现过设定Vramp幅度较低,也报错不收敛的情况。(此模型Vramp=5V,调低就报错)
改到15m后,可以运行,如下:
19.PNG

感觉相位有所上翘。但ESR改小,应该更差才对,因为零点往后了。

因为是新手,真的是不熟,摸索几天,还是没有进展,这个过程到底是哪里出了问题,是不是参数设定出了问题?

请各位前辈不吝赐教,小弟非常非常感谢!











8.PNG
moneymouse
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助理工程师
  • 2018-4-27 14:11:58
 
建议你的电容模型用纯电容,ESR用串联电阻来仿真,不要用带ESR和ESL的电容模型。
二极管模型不要用1N4148,用IDEAL,或者VPWL写一个理想的。
还有如果Buck工作在DCM,是没有双重极点的。
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-27 15:17:21
 
谢谢,Diode有ideal的可以调吗?还是只能自己写?如果只能自己写,该怎么写?不会写啊
moneymouse
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助理工程师
  • 2018-4-27 15:37:33
 
有啊你双击1N4148,库里有一个IDEAL
自己写的话选Place--Simplis Primitives--VPWL Resistor,X-value是电压,Y-value是电流,照着Diode的VI curve分段填几个值就好了
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-27 22:23:12
 
谢谢,找到了,我把电容换为普通电容,不带ESR之后,仿真就出错了,把diode也换为理想的,也仍然报错:
20.PNG
21.PNG
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-4-27 15:41:26
 
上传文件。帮你调一调。要知道SIMetrix可以模拟1N4148被击穿的效果,初步验证的时候用很大参数的元件,以免元件损坏了,不然元件坏了结果还在一股脑的调环路,这里可以使用IDEAL二极管,按CTRL+G,在diode里面找一找,一般都能找到的。
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-27 22:18:45
 
非常感谢,这里是我电路。 buck_test_ac2.rar (7.23 KB, 下载次数: 76)
moneymouse
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助理工程师
  • 2018-4-28 10:26:46
 
首先,Simplis中二极管还是建议用VPWL做,如下三条分别是VPWL/IDEAL/1N4148在开环测到的增益曲线,用VPWL就可以看到明显Q值
Capture.PNG
改完后补偿帮你改了,你之前那个不是II型也不是III型补偿,连直流极点都也没有

buck_test_ac2_MoneyMouse.zip

7.07 KB, 下载次数: 121, 下载积分: 财富 -2

Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-28 10:59:14
 
求教,U1這個元件如何調出来?
moneymouse
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助理工程师
  • 2018-4-28 17:15:15
 
我都是从旧仿真文件上Copy的,Simetrix5.5版不太好找,后续新版会把常用元件列表在旁边,比较好找
greendot
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总工程师
  • 2018-4-30 14:56:35
 
Place - Digital - Building Block ... - Gates - Comparator  (这个多了个 Complementary output)
Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-30 16:25:06
 
謝謝.
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-29 16:59:17
 
非常感谢,然后还有不太理解的地方:
1.原先的补偿,在III型补偿的基础上,少了您新电路中的C2电容,C2电容主要作用是在高频处引入一个高频极点,一般情况下并不需要。而我老电路中的C2/R4,在III型补偿中,是可以产生另一个零点,作用和C3一样,双重极点需要两个零点才能补偿过来。所以感觉还是对的,但确实仿真出来不对,所以应该是我的理解不正确,您觉得我理解不正确的地方是?
2. 您提供的3条开环增益曲线,是在哪断开的?我用您的新电路仿真出来的结果,增益在50dB左右,而不是0db.
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-4-30 11:39:34
 
有没有扫过误差放大器那里的伯德图?
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-30 21:58:53
 
单独误差放大器的伯德图吗?怎么扫?
埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-1 10:44:32
 
哎……
这么说吧。
首先谈谈前提:想要看系统的传函伯德图,不论是控制到输出,还是输入到输出,还是输入到状态变量,它们都是需要建立在“合理的”稳态基础上。假如某个元件坏了,失效了,或者说不合理的情况,比如测到电流几千安培,电压几千伏……这种情况POP依然可以收敛,AC扫描也可以得到结果,但不是想要的结果。

再谈谈补偿:计算得到某个零点,比如需要把该零点放在5kHz处,然后计算得到产生该零点的阻容值,比如10nF的电容,然后很自然的添加一个10nF的电容到运放那里。感觉计算精准,天衣无缝,但为啥AC扫描得到的伯德图不是想要的那样呢,零点为啥不在5kHz处呢?

很简单啊,把系统拆开,扫一下每个部分的伯德图,看看是否符合自己的计算结果,不符合的,找找原因~

运放那块,最容易出问题,可以双击运放,看看里面有多少个参数,CMRR、headroom+、headroom-、一型、二型、很多很多……随便改一改都能得到不同的传函伯德图~
cyx7610
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副总工程师
  • 2018-5-1 18:24:08
 
学习了。
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-1 21:47:39
 
谢谢您耐心的解释,这一段,我得好好消化一下,哈哈
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-9 22:51:59
 
您说的,我还无法完全去消化并和仿真完全对应起来。比如以下的问题:我单独对误差放大器部分进行AC仿真,先是下面的补偿参数:


25.PNG
C3=390P,R5=150K
C3和R2构成零极点,得到如下伯德图:
22.PNG
零极点大概在2~4Hz时,促使增益开始下降。还可以看出,在LC双重极点处,可以有两个零点起作用。并且在30KHz左右有一个极点进入(大概符合R4/C4构成的极点).
由这样的补偿系数,整个系统还是稳定的。
现在我其它的都不改,只修改C3/R5,变为:C3=39P,R5=1500K,两者的乘积保持不变:
23.PNG
这样产生的零点位置也应该不变,但由于C3小了10倍,所以零极点应该会往后10倍,会更高频才开始增益下降,如下所示:
24.PNG
零极点基本符合预期,两个零点也没有明显的改变,但奇怪的是,高频引入的极点好像变低了,从30KHz降到了8KHz左右,请问,可以帮我分析一下,为什么吗?
模型如下:

sImplis_8.PNG

buck_test_ac4_MoneyMouse.rar

6.99 KB, 下载次数: 59, 下载积分: 财富 -2

埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-10 09:12:46
 
高频极点,图中看不出什么高频极点啊。。
还有这个是三型补偿吗?缺了个电容啊
搜狗截图18年05月10日0906_1.png
把390p改成39p,150k改成1500k,系统就震荡了。
buck_test_ac4_MoneyMouse-graph.png
buck_test_ac4_MoneyMouse-graph瞬态.png
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-10 22:17:52
  • 倒数10
 
没错, 就是震荡了,我疑惑就是在这,把390p改成39p,150k改成1500k,其实RC并没有改变,所以理论上,极点位置应该不会变啊,(除了零极点,零极点由C3/R2组成,R2不动,C3变了, 零极点就变了)。从波特图可以看到,两种情况下,都是有另一个极点产生的,第一种情况在30K左右,第二种在8K左右。第二种情况不稳定的原因,是零极点往高频跑了,导致增益下降 太慢,同时8KHz左右的极点又比30KHz更靠低频,进一步加剧了相位的变化,导致相位裕度不够。




iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-10 23:04:47
  • 倒数9
 
虽然不是3型,也不是2型,但还是可以提供该有的补偿:

为方便,我直接拍我草稿:
shougao3.PNG

您觉得这样的推导是否正确?

埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-11 10:24:32
  • 倒数8
 
推导是对的,我用matlab建模了一遍。这个运放补偿提供一个零极点,一个高频极点,两个高频零点。
我一开始也想不明白为什么simplis扫出来的效果跟理论不一致呢,很伤脑筋,再次双击一下你的图的运放设置看看。
哎。。这设置成2型但headroom+和headroom-都没修改,其他的参数也不知道是不是对的。

仿真里面的运放,要么设置成1型(理想),要么严格按照数据手册的参数来设置成2型(现实),不然simplis扫出来的结果跟理论计算相差甚远。

设置成1型,意味着没有headroom+和headroom-,所以运放可以输出极高的电压,导致电路不能正常工作,所以按如下方式添加钳位电路:
搜狗截图18年05月11日1019_2.png

现在这个X1是设置好参数的理想运放,你可以试一试。将390p改为39p,150k改为1.5meg,电路可以正常工作,区别是:
搜狗截图18年05月11日1022_3.png
相位裕量变化了,都挺大的。

这个时候修改后的文件:
修改.zip (10.37 KB, 下载次数: 66)
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-11 22:16:52
  • 倒数7
 
精彩的回答!拜谢!我再消化一下。
iamwhoiam
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LV2
本网技师
  • 2018-5-11 22:45:18
  • 倒数6
 
用您的新电路仿真,报错了: 26.PNG
是什么原因呢?


埃_维_针1
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副总工程师
  • 2018-5-12 09:52:10
  • 倒数5
 
版本太低了,把那俩二极管换成其他的。
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-12 21:42:12
  • 倒数4
 
换了理想的二极管,还是报错,请问您用的是什么版本?是否建议我用新的版本?
埃_维_针1
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LV8
副总工程师
  • 2018-5-13 08:27:03
  • 倒数3
 
我用的是8.0版本
Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-30 12:43:11
 
把探头放在U1输出, S1和L1节点, 仿真时选transient,看看波形是否正常.

Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-30 16:34:42
 
用1N4148 DIODE 时  仿真时选transient,输出不正常
用IDEAL DIODE 时  仿真时选transient,输出约有1V + 80mV 163KHZ 纹波.
  

Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-30 16:41:39
 
因输出有振盪, 所以不能converge.

Ast200902
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高级工程师
  • 2018-4-30 22:55:23
 
用1N4148 DIODE 时  仿真时选transient,输出不正常, L1和D1接点最低為-2.4V

greendot
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总工程师
  • 2018-4-30 21:47:38
 
6楼的电路二极管用VPWL电阻代替后,仿真无有问题。
bode.jpg
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-4-30 22:02:39
 
您仿真成出来的低频增益,竟然达到了90db?您是用我的模型仿真的吗?我只有50db啊
greendot
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总工程师
  • 2018-5-1 11:07:12
 
就是6楼你的模型。你的Pole at Origin 约在80KHz处,所以低频增益很高。
iamwhoiam
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本网技师
  • 2018-5-1 21:46:25
 
谢谢,为何我仿真出来,低频增益一直是50db呢
greendot
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总工程师
  • 2018-5-1 23:31:50
 
我仿的功率级,补偿级和整个环路的增益如下,一如你的设计,环路增益大概是一条 -20db/dec 的线。
b3.jpg
greendot
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总工程师
  • 2018-5-2 08:01:06
 
忘了说把Opamp的Gain和GainBandwidth加大,使它接近理想的元件。

buck_test_ac2 good.rar

7.73 KB, 下载次数: 73, 下载积分: 财富 -2

moneymouse
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助理工程师
  • 2018-5-1 16:33:23
 
1. 嗯你说得没错,我只是用我习惯的在调。你可以在我的原理图用你的补偿再调看看,应该可以调出来
2. 那三条曲线是从误差放大器出来的地方断开,然后外加DC source+ AC扰动,测的Control-to-output
3. 因为误差放大器也有频率增益, 会有一部分影响,可以调完补偿后再改运放参数卡纳克你,先用默认的参数一般没什么问题
iamwhoiam
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LV2
本网技师
  • 2018-5-1 21:49:23
 
好的,谢谢,我再试试
cyx7610
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LV8
副总工程师
  • 2018-5-2 18:51:20
 
认同你的观点。
aa20897
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LV7
实习版主
  • 2018-5-2 07:17:47
 
请教一下楼主,U1是从哪个库里可以找到?
iamwhoiam
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LV2
本网技师
  • 2018-5-2 22:10:45
 
我也没有找到,应该是从其他电路拷过来的。
aa20897
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LV7
实习版主
  • 2018-5-2 22:28:06
 
chybzhq14
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LV1
本网技工
  • 2018-6-3 12:26:11
  • 倒数2
 
错误的方针为什么这么多人话这么多时间分析,基本都错了根本没必要分析,在错误的基础上做没意义的分析。
wang-king
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LV1
本网技工
最新回复
  • 2018-6-17 22:50:31
  • 倒数1
 
你好,请问你有Simplis软件的安装包么?我找这个软件找了好久,你能给我发一份安装包么?或者给个下载连接也行。邮箱wang2732067348@qq.com.非常感谢你

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