文档介绍：同步整流BUCK型DC-DC模块TPS54310的平均SPICE模型的建立与应用
Build and Application of the Averaged SPICE Model of the Synchronous Buck Module TPS54310
香港科汇(亚太)有限公司成都代表处
何亚宁
摘要:在Dr. Sam Ben-Yaakov开关电感模型概念的基础上,根据DC-DC模块TPS54310的实际工作原理,建立适用于SPICE软件的等效电路模型,从而可以方便地对TPS54310进行直流分析、小信号分析以及闭环大信号瞬态分析。模型的准确性在所建模型的SPICE仿真结果与TI公司提供的专用设计软件SWIFT™ Designer 。
关键词:同步整流;开关电感模型;平均SPICE模型;仿真;直流分析;小信号分析;闭环大信号瞬态分析
Abstract Base on the Switched Inductor Model (SIM) concept of Dr. Sam Ben-Yaakov. A averaged SPICE model of the TPS54310 is built using equivalent circuit the DC analysis,small signal analysis and large signal closed loop transient analysis of the TPS54310 can easily be validity of the model is verified parision between the results of design with the original design program SWIFT™ Designer and the results of SPICE simulation using the model built in this paper.
Key words synchronous rectifier; Switched Inductor Model; averaged SPICE model; simulation; DC analysis; small signal analysis; large signal closed loop transient analysis
1 引言
自从1978年, ,近30年来,在开关电源的平均SPICE模型的建模方面,许多学者都建立了自己的模型理论,从而形成了各种SPICE模型。这些模型各有所长,比较有代表性的有:Dr. Sam Ben-Yaakov的开关电感模型;Dr. Ray Ridley的模型;基于 Dr. Vatche ;基于Steven Sandler的ICAP4的开关电源平均Isspice模型;基于Dr. Vincent G. Bello的Cadence的开关电源平均模型等等。本文将在Dr. Sam Ben-Yaakov开关电感模型概念的基础上,结合TI公司的DC-DC变换器IC TPS54310的主要参数进行平均SPICE宏模型的构建,并对利用所建模型构成的DC-DC变换器电路在Intusoft公司的ICAP4软件平台上进行直流分析、小信号分析以及闭环大信号瞬态分析。
2 TPS54310的平均SPICE模型的建立
TPS54310是美国TI公司推出的集成功率MOSFET的直流/直流变换器IC系列SWIFT的新成员,3V 至 6V输入, 到 ,连续额定电流达3A。TPS54310集成了构成同步整流BUCK型DC-DC模块所有需要的有源器件, 内部电路框图见(图1)。
(图1)TPS54310内部电路框图
主电路模型的构建
主电路模型包括开关电感SIM模型、占空比发生器DCG以及损耗发生器模型三部分。
1. 开关电感SIM模型
仔细研究经典PWM开关转换器的电路拓扑(buck,boost,buck-boost),可以发现它们均包含一个非线性模块,即用来储能的可开关的电感,见(图2)。因为变换器的系统带宽要小于开关频率,因此可以把这个非线性模块作平均处理,然后用与SPICE兼容的等效电路代替,就可以得到PWM开关转换器的平均SPICE模型。这个低频的或者平均的等效电路见(图3),用SPICE中的非线性独立源构成。EL代表储能电感L两端的平均电压。
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