引言
在开发功率转换器时,通常会在理论和可行性研究期间,进行数字仿真。其仿真模型需要包含模拟电路和相应的数字控制器。通过该模型,可以解答如下设计问题(示例):
- 应该使用哪种拓扑结构?
- 对于特定拓扑结构,可以实现什么性能?
- 应该使用什么PWM开关频率?
- 对于无源器件,需要使用什么数值和额定值?
- 应该使用什么类型的功率开关:
o 类型(例如,MOSFET、IGBT或BJT)?
o 技术和额定电压(例如,英飞凌的OptiMOS?或CoolMOS?)和材料(例如,Si、SiC或GaN)?
- 对栅极驱动器电路有何要求(包括所需最小死区时间)?
最后,基于上述评估:
- 可以评估系统效率和器件损耗,随后便可开发出一个合适的冷却系统;
- 可研究系统效率与EM兼容性的权衡。开关损耗和EMI都取决于开关频率和功率开关斜率。
SPICE仿真工具是电路设计人员的首选解决方案。然而,相关设计步骤取决于能否在合理的时间内,仿真功率转换器。诸如Simscape? Electrical?等电路仿真工具,就具有理想的器件模型,加上开关损耗数据,可以满足有效仿真需求。此外,与Simulink?的紧密结合,意味着数字控制器也包涵在此仿真内,无需协同仿真。然而,开关的理想假设会给后续以确定效率和微调设计为重点的设计步骤,带来某些不确定性。而通过使用由器件制造商开发的、精细的SPICE器件模型,可以应对这种不确定性。本文定义了一个流程,可以在快速探索设计空间的同时,利用精细的工厂SPICE器件模型。本流程的核心在于,利用具有多个不同可信度水平的模型,以匹配具体设计问题有待解决的模型。另外重要的一点在于,利用低可信度水平,预初始化精细仿真模型,这样可以缩短初始化时间。
降压转换器设计示范
图1显示的是本文作为示例使用的48V/12V DC/DC降压转换器。降压转换器将输入电压(V_IN)降至低的输出电压(V_OUT),用于表征其行为的主要等式见下:


基于参考电压(V_ref)和测得的输出电压(V_meas),使用离散时间比例+积分