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Tps40140如何利用switcherpro或tina9仿真获得补偿电路参数的问题

Other Parts Discussed in Thread: CSD87350Q5D, TPS40140, SWITCHERPRO, TPS40322

我的设计中将用2片TPS40140设计为12V输入,3相1.1V/60A输出(剩余一相有其他用处),NMOS选用csd87350q5d,电感采用1uH/DCR=1.8mΩ(每相1个,总计3个),电容采用680uF/ESR=10mΩ(每相2个,总计6个),其他参数可修改或可由软件仿真得到,我尝试了2种方法,但均有不同的问题:

第1种:我使用switcherpro仿真,发现软件只能实现单个芯片双路双输出或双相单输出,无法实现我设计的仿真。如果我选择双路双输出的其中一个输出,设置其输出为1.1V/20A,锁定电感值0.33uH/DCR=0.6 mΩ(即原3个电感并联),锁定电容值为6个680uF/ESR=10mΩ,请问此时获得的补偿电路参数是否也可以满足3相1.1V/60A输出的要求。

第2种:我使用tina9和pspice A/D仿真slim051.tsc(TI官网提供的TPS40140瞬态模型电路),并希望在此电路上修改成我需要的设计。在原图上使用tina9和pspice A/D做瞬态仿真均没有问题,但在做AC扫描的时候,幅频和相频曲线很明显就不对。因此我对原图进行了3个地方的修改:TEMPIN引脚接地,VIN由原来的分段线性电压发生器改为12V电压源,增加1个1V/50Hz的电压发生器(此电压发生器的位置,我放置过多个地方,如VSNS、DIFFO、COMP、FB1处,放置的方式既有通过电容耦合进去,也有直接串入电路的方式,另外还调整过电压发生器的电压为0.1VAC),修改后仿真仍然无法获得准确的结果。附图红色圈注为我的修改之一,请问是不是我修改的不对,应该如何修改呢?

谢谢!

slim051修改.pdf
  • Hi,

    瞬态模型没有办法做环路分析的。按照你上面图的修改,得到的只是LC滤波特性曲线。有些产品是有Average model的,这样的就可以做环路分析。

  • 谢谢Luke,但TI官网好像并未提供TPS40140的Average model,还有别的办法满足我的要求吗?我查到TI官网为TPS40322等器件提供了一个EXCEL表做幅频相频分析,也有这样的工具给TPS40140做分析吗。因为我们一块板上用TPS40140较多,所以更换成TPS40322也不太现实。

  • Henry,

    理论上说DCP2控制和峰值电流控制模型是相似的,都是一阶模型,电感电流相当于受控电流源(非变量),其模型主要是和输出电容及负载相关。所以只要输出电容一致,那么不管几相工作,其模型都应该是相近的。

    但是实际IC中要考虑到一些比如注入斜坡减噪,均流,Interleave 相与相是否均匀的问题,模型会有一点差异。

    建议先按switcherpro的设计进行补偿。

  • Luke,

    我原来的分析是这样的:选定TPS40140后,那其传递函数已确定,与几相或输出电流大小无关;选定滤波电感(含DCR值)和电容(含ESR值)后,滤波电路传递函数就确定了,但电感值(含DCR值)我认为是与相数有关系的,相当于多相电感并联;上述两个传递函数确定后,即可选择适当的补偿电路参数,增加零极点使电路幅频相频满足稳定性要求。假定多相电路内每相的输出电路完全一致,则单相与多相的区别在于电感值(含DCR值)变化了,补偿电路参数也相应变化。我的实际电路是3相输出完全一致,每相LC滤波电路是1uH(DCR=1.8m欧)+2x680uF(ESR=10m欧),我第1种方法用switcherpro做仿真时,选择的是单相(dual output方式其中的一路),但LC参数选择的是3相电感电容并联后的等效值,即 0.33uH(DCR=0.6m欧)+6x680uF(ESR=10m欧),我认为这种条件下仿真获得的补偿电路参数即可满足我实际3相电路的要求。

    从您的第二条回复来看,不管是单相还是多相,只与输出电容参数相关,未提及电感值及电感DCR值。我用switcherpro又试验了一次,锁定补偿电路阻容值,锁定输出电容,然后调整滤波电感及其DCR值后,发现幅频相频曲线变化还是有些大,因此应该还是与电感有关系的。

    你所建议的使用switcherpro设计进行补偿与我用的第1种方式是一致的吗?

    谢谢

  • henry,

    改变DCR相当于改变了电流采样系数,对传函的Gain肯定是有影响,但是Interleave的采样系数还是按每路DCR算的,并非3路并联。所以可以按1路,1uH/1.8mohm电感,2x680uF电容的条件下仿真得到补偿参数。

    按照你的设计方法,仿真了两路输出(每路都是1.1V/20A)。把两个电感改为相异的参数(L1=0.47uH/1.7mohm, L2=1.3uH/1.7mohm,补偿参数和输出电容均一致)。

    以下是两路的伯德图比较,差异不是很大,你所说的差异大是在什么参数条件下仿真出来的呢?

    下面仿真是2路单独输出(2x10A)输出和2路交错并联输出(20A)的比较。所有滤波电感电容,补偿电路都一致,幅频曲线比较吻合,相频曲线的数据有点不正常,但从幅频曲线看交错并联后的伯德图和之前变化不大的,所以按照一路去设计补偿就可以。

  • Sorry,图1中的红色曲线的标签应该是1.3uH/1.7mohm

  • Luke,

    第一个问题:

    两路输出(每路都是1.1V/20A)仿真,把两个电感改为相异的参数(L1=0.47uH/1.7mohm, L2=1.3uH/1.7mohm,补偿参数和输出电容均一致)。两路的伯德图比较,差异不是很大。 这个问题是我改变电感后,DCR值也改变了,因此两个伯德图差异较大,我把DCR值改为一样后,得出的结果和你给出的是一致的。

    第二个问题:

    我按照你的方式,也进行了两次仿真:2路单独输出(2x22A),2路并联输出(44A),并保证了所有滤波电感电容,补偿电路都一致。但在2路并联输出时,出现了Gain Margin的警告。附件是我两次仿真的报告,帮忙看看问题出在哪?

    谢谢

     

    2out+2phase.pdf
  • Luke,

    补充一点:2路并联输出,我把原来输出4个680uF电容数量改为两个,此时Gain Margin和Phase Margin均出现警告。报告见附件

    2phase.pdf