－如果不能使用FRA，則可以通過仿真來處理。

現在，我想實際進行DC/DC轉換器的頻率特性仿真并將DC/DC轉換器的頻率特性仿真結果與DC/DC轉換器的頻率特性實測值進行比較，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轉換器BD90640EFJ。下面是標準的電路配置、內部框圖及產品特點。

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（內置Pch MOSFET）
?開關頻率：50k～600kHz、
±10%精度
?待機電流低：0μA
?輸出電壓可調
?參考電壓精度：0.8V±2%
?占空比可達100%
?具有過電流保護、熱關斷功能
?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行實測。BD90640EFJ仿真模型的規格與該電路相同（用于連接FRA的R100除外）。

BD90640EFJ-C　評估板電路和規格

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

下圖說明了相位補償電路的工作以及與相位補償電阻R3之間的關系。

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

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

當降低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下降。零交越（Fc）發生在33.1kHz至8.7kHz的較低頻段中。結果是相位裕度雖然會增加，但是響應速度卻會變慢。

當提高R3的值時，零點fz2向低頻段移動。因此，增益在低頻段發生逆轉。零交越發生在更高的頻段。結果是相位裕度雖然減少，但是響應速度會變快。

－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性能也會隨之變化。降低R3會增加相位裕度，但會降低響應速度，而提高R3會減少相位裕度，但會加快響應速度，對吧？

的確如此。電阻值的增減與頻率特性變化之間的關系很重要，因為這是調整時的重要依據。
序言已經有點太長了，下面進入實際的仿真環節。

我們將使用2020年2月份在ROHM官網上發布的“ROHM Solution Simulator”進行仿真。僅需注冊成為MyROHM會員，立即就可以使用ROHM Solution Simulator。如果已經注冊，請登錄。

單擊ROHM官網上的HOME“設計支持工具”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將在后面進行說明。

當仿真開始時，將打開如④所示帶有電路圖的“SCHEMATIC INFORMATION”畫面。確認IC的型號正確后，單擊電路圖或中心附近的Run圖標（?），將會切換為⑤所示的畫面，這時即可更改仿真和組件常數。每個外置部件的常數與評估電路相同。相位補償電阻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?標記，即可開始仿真。

要獲得更改目標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從默認的20k更改為3k和62k并分別進行仿真。僅需幾秒鐘即可輸出結果。

－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，我認為真的非常好。而且，更令人驚訝的是，仿真結果會立即輸出。

是的，只要可以聯網即可立即使用，因此建議您試用一下。特別是為進行頻率特性仿真而準備的Frequency Domain電路，經過ROHM建模，可以即時獲得結果。

此次，我們將對頻率特性的仿真結果與實測特性進行比較和探討。為此，除了波特圖外，還需要瞬態響應波形，以根據輸出的負載瞬態響應波形來判斷相位補償是否合適。使用前述的Time Domain仿真電路模型，即可實施負載瞬態響應波形仿真。此外，還可以實施電路每個節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，但是是可以監測輸入電壓輸入時的開關節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DCDC轉換器的基本工作和啟動時間很有用，但是要想進行負載瞬態響應仿真，則還需要進行一些修改。

在ROHM Solution Simulator上，只更改常數參數，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”進行修改。進行操作很容易，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。
在左側菜單中將會出現組件選擇選項，選擇所需的組件并在畫面上將其展開以修改電路圖。

⑨是將瞬態響應特性仿真所需的脈沖電流源（Current Source – Pulsed）和電流監控器（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載，將電流監控器插入輸出線，并將探頭連接到輸出電壓（藍色）和輸出電流（紅色）的電路圖。現在，按照響應確認條件分別設置脈沖電流源的參數，通過與頻率特性仿真相同的方式更改相位補償電阻R3的值，并獲取仿真數據。

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

是啊！只要了解了基本操作，就不難使用。現在，讓我們來比較一下仿真結果和實測特性。

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，將部件常數設置為沒有容差的值，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；比如這是理想狀態等。但是，我們已經通過仿真捕捉到了R3的增減帶來的變化趨勢，并且已經獲得了足夠的數據用來參考。例如，提高輸入參數的精度（例如輸入考慮到陶瓷電容器的DC偏置特性的值）將進一步提高結果的精度。

－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性能也會隨之變化。降低R3會增加相位裕度，但會降低響應速度，而提高R3會減少相位裕度，但會加快響應速度，是嗎？

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

－當R3=62kΩ時，實測波形的波動部分被放大了，為什么？

這是為了表明在負載瞬態響應期間發生了振鈴。這是負載響應得到改善，但相位裕度減少、穩定性降低的結果。

－我們已經比較了DC/DC轉換器的頻率特性和負載瞬態響應的仿真數據以及實測數據，下面請您總結一下比較結果。

首先，在評估DC/DC轉換器時，穩定性和響應性是非常重要的特性。
對于這些DC/DC轉換器評估，需要使用FRA測量頻率特性，并使用電源IC的相位調整用引腳進行優化。在此次的示例中，是通過將BD90640EFJ的VC引腳的相位補償電阻值從標準值增加或減少值，來確認特性變化的，但使用評估板或整機等實物進行確認時，需要反復試錯，比如反復進行電路板的加工以連接FRA，反復進行電阻和電容器的更換作業等，工作量很大，不僅如此，近年來呈現高密度安裝趨勢，這種情況下非常可能無法進行這些操作。在此之前，無法使用FRA的情況也不在少數。

就像這次您看到的一樣，利用仿真，可以通過更改部件常數非常輕松地確認特性。仿真結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變化的波動趨勢，因此可以基于仿真結果為部件常數設置大致目標。我們認為，通過使用仿真，DC/DC轉換器頻率特性的優化工作將會變得更輕松，這將能夠加快DC/DC轉換器設計速度。

－順便問一下，關于ROHM Solution Simulator，有相關的資料嗎？

當您訪問ROHM Solution Simulator的導入頁面時，會看到相應的鏈接，點擊鏈接可立即下載用戶手冊和白皮書。還有介紹概要和導入方法的視頻。
基本上，有關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的項目。這也是因為功率元器件的應用產品呈現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。關于IC電路解決方案，希望能像這次一樣，作為設計和評估的輔助工具發揮其應用的作用。這兩種解決方案每天都在開發中，并且解決方案的數量也在不斷增加中。

－感謝您的講解。

審核編輯?黃宇

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