電源芯片建模與應用 — 基於 SIMPLIS 的設計實戰

周思陽，2017年畢業於蘇州大學光電科學與技術學院，畢業後就職於德州儀器半導體技術有限公司（TI），從事電源芯片的系統、應用與市場方面的工作。現工作於北京奕斯偉計算技術有限公司，主要從事車載電源芯片相關工作。

 

 

 

 

 

 

目錄

第1章芯片建模之概述

 

1.1電源系統簡介

 

1.1.1電源芯片應用與意義

 

1.1.2電源芯片分類簡介

 

1.1.3電源芯片系統組成簡介

 

1.2芯片建模概述

 

1.2.1芯片的開發過程

 

1.2.2芯片建模的作用

 

1.2.3建模工程師的角色

 

1.2.4芯片建模方法論

 

1.3本章小結

 

第2章芯片建模基礎之SIMPLIS簡介

 

2.1什麼是SIMPLIS

 

2.1.1SIMPLIS是時域模擬器

 

2.1.2PWL基本概念

 

2.1.3建立原理圖

 

2.2SIMPLIS模擬模式

 

2.2.1Transient模式

 

2.2.2POP模式

 

2.2.3AC模式

 

2.2.4多步分析

 

2.2.5蒙特卡羅分析

 

2.3波形查看與測量

 

2.3.1輸出波形曲線分離操作

 

2.3.2在輸出波形曲線上增加測試項目

 

2.3.3在測量探針上增加測量項目

 

2.4F11窗口的使用

 

2.5模塊化建模

 

2.5.1子電路與符號創建

 

2.5.2應用子電路與符號

 

2.6模型加密與保護

 

2.6.1對模型加密

 

2.6.2模型加密方法一

 

2.6.3模型加密方法二

 

2.7本章小結

 

 

 

 

 

 

 

第3章芯片建模之基本元器件與模塊

 

3.1基本模擬元器件

 

3.1.1電阻

 

3.1.2電容

 

3.1.3電感

 

3.1.4二極管

 

3.1.5變壓器

 

3.1.6電壓源與電流源

 

3.1.7開關

 

3.1.8多級MOSFET驅動器

 

3.1.9比較器

 

3.1.10運算放大器

 

3.1.11光耦

 

3.2基本數字符器件

 

3.2.1邏輯門

 

3.2.2觸發器

 

3.2.3POP觸發器與波特圖探針與測量

 

3.3SPICE模型導入與應用

 

3.3.1SPICE模型概述

 

3.3.2在SIMPLIS中導入SPICE模型

 

3.4常用芯片子電路模塊

 

3.4.1時鐘發生器

 

3.4.2軟啟動電路

 

3.5本章小結

 

第4章芯片建模之環路分析與補償設計

 

4.1認識開關電源環路

 

4.1.1幾個概念

 

4.1.2如何判定一個開關電源系統是否穩定

 

4.2環路分析與補償設計方法

 

4.2.1環路分析之功率級

 

4.2.2環路分析之補償器

 

4.2.3環路分析與補償設計方法概述

 

4.2.4峰值電流控制模式的降壓穩壓器實例

 

4.3環路補償設計方法之K因子法

 

4.3.1補償器特性

 

4.3.2K因子法

 

4.3.3基於K因子法的開關電源補償網絡設計

 

4.3.4K因子法總結與反思

 

4.4基於OPA的補償器

 

4.4.1Ⅰ型補償器——1個初始極點

 

4.4.2Ⅱ型補償器——1個初始極點+1個極點+1個零點

 

4.4.3ⅡA型補償器——1個初始極點+1個零點

 

4.4.4ⅡB型補償器——靜態增益+1個初始極點

 

4.4.5Ⅲ型補償器——1個初始極點+2個極點+2個零點

 

4.5基於OTA的補償器

 

4.5.1Ⅰ型補償器——1個初始極點

 

4.5.2Ⅱ型補償器——1個初始極點+1個極點+1個零點

 

4.5.3Ⅲ型補償器——1個初始極點+2個極點+2個零點

 

4.6基於TL431+PC817的補償器

 

4.6.1Ⅰ型補償器——1個初始極點+共射極配置

 

4.6.2Ⅱ型補償器——1個初始極點+1個極點+1個零點

 

4.6.3Ⅲ型補償器——1個初始極點+2個極點+2個零點

 

4.7基於隔離誤差放大器的補償器設計

 

4.7.1隔離誤差放大器

 

4.7.2隔離誤差放大器支持多種輸出模式

 

4.7.3基於隔離誤差放大器的補償器

 

4.8本章小結

 

第5章芯片建模之降壓穩壓器

 

5.1降壓穩壓器概述

 

5.2降壓穩壓器基本工作原理

 

5.3降壓穩壓器常見控制策略

 

5.3.1定頻控制

 

5.3.2變頻控制

 

5.4降壓穩壓器關鍵參數

 

5.4.1降壓穩壓器靜態工作點計算

 

5.4.2電感的選擇

 

5.4.3輸入電容的選擇

 

5.4.4輸出電容的選擇

 

5.5降壓穩壓器建模實例——LTC3406B

 

5.5.1芯片介紹

 

5.5.2LTC3406B芯片框圖介紹

 

5.5.3LTC3406B芯片分模塊建模

 

5.5.4應用電路與模擬

 

5.6本章小結

 

 

第6章芯片建模之升壓穩壓器

 

6.1升壓穩壓器概述

 

6.2升壓穩壓器基本工作原理

 

6.3升壓穩壓器常見控制策略

 

6.3.1定頻控制

 

6.3.2變頻控制

 

6.3.3升壓穩壓器控制模式總結

 

6.4升壓穩壓器關鍵參數

 

6.4.1升壓穩壓器靜態工作點計算

 

6.4.2電感的選擇

 

6.4.3輸入電容的選擇

 

6.4.4輸出電容的選擇

 

6.5升壓穩壓器建模實例——TPS610891

 

6.5.1芯片介紹

 

6.5.2TPS610891芯片框圖介紹

 

6.5.3TPS610891芯片分模塊建模

 

6.5.4TPS610891應用設計

 

6.5.5應用電路與模擬

 

6.6本章小結

 

第7章芯片建模之PFC控制器

 

7.1PFC概念

 

7.2PFC基礎

 

7.2.1PFC相關法規

 

7.2.2PFC主流實現方法

 

7.2.3PFC控制方式分類

 

7.3PFC控制器建模實例——L6562A建模與應用

 

7.3.1L6562A簡介

 

7.3.2L6562A框圖解析

 

7.3.3L6562A模塊建模

 

7.3.4L6562A模擬應用設計

 

7.3.5L6562A模擬應用模擬

 

7.4本章小結

 

第8章芯片建模之反激控制器

 

8.1隔離電源簡介

 

8.2反激電源基礎

 

8.2.1反激式轉換器的變種

 

8.2.2反激式穩壓器工作原理

 

8.3準諧振反激式穩壓器

 

8.3.1諧振與準諧振

 

8.3.2準諧振的優點

 

8.3.3準諧振電路的頻率鉗位

 

8.4反激控制器建模實例——NCP1380

 

8.4.1NCP1380芯片簡介

 

8.4.2芯片供電模塊

 

8.4.3軟啟動電路模塊

 

8.4.4電流檢測與比較電路模塊

 

8.4.5反饋與工作模式切換模塊

 

8.4.6VCO模式與頻率折返

 

8.4.7過零點檢測與開關觸發電路模塊

 

8.4.8超時檢測功能模塊

 

8.4.9短路或過載保護電路

 

8.4.10過功率(OPP)補償電路模塊

 

8.4.11過壓/過熱保護電路模塊(A/B版本)

 

8.4.12過壓/欠壓保護電路模塊(C/D版本)

 

8.4.13VCC鎖存電路

 

8.4.14邏輯控制與驅動電路

 

8.5準諧振反激電源系統設計與模擬

 

8.5.1計算準諧振反激電感值

 

8.5.2開關管與續流二極管的選擇

 

8.5.3電容選擇

 

8.5.4補償環路設計

 

8.5.5NCP1380芯片功能驗證

 

8.6本章小結