SaberRD的稳态分析验证概述

saberrd—stability analysis
仿真可以大大减少通过测量进行稳态分析的工作量,但由于大多数电路模拟器缺乏在实际电路上进行交流分析的能力,实验室方法仍然流行。
saberrd中的稳定性分析,对于了解系统在不同运行条件下的响应是非常重要的。与实验室测量相比,模拟能够更早地进行稳定性分析(减少时间和成本,仿真方法的灵活性)。一个系统可以是非线性的也可以是线性的,根据系统类型的不同,有周期交流分析、交流分析和零极分析等是在saberrd中可以使用波德图(bode plot)和极点-零图(pole-zero plot)验证系统的稳定性。
01
smps设计
频率分析
所面临的挑战 交流分析产生的频率响应电路线性化在一个偏置点。对于像滤波器和放大器这样的线性电路非常适用。但是现在的设计包含了开关和数字设备,它们不是在一个偏置点上操作的,ac分析结果不是很有帮助。解决方案平均模型 → 交流分析周期交流分析(periodic ac analysis)
(线性)交流分析
频率响应是通过在单个偏置点附近线性化电路来确定的该系统在频域进行解析求解快速执行同时计算所有信号缺点:仅限于线性和平均模型设计仿真分析 开关电源具有周期性的工作点,但无偏置点。由于系统方程在工作点附近的线性化,交流分析不能计算切换系统的频率响应。
平均模型
非常有价值的长时域模拟,不关注小时间常数和高频影响(如电源管理分析)使用时间连续方程没有开关和数字电路重要的建模工作
仿真分析:应用平均建模技术对时间连续方程转换模型进行描述
周期性交流分析(pac分析)
通过对电路在小幅度正弦扰动下的时域仿真,得到了电路的频率响应利用时域结果的傅里叶积分提取感兴趣信号的振幅和相位也适用于非线性周期设计不需要平均模型缺点:限制选择的输出信号仿真分析 保持原来的开关模式设计选择小幅度扰动信号ac_mag(线性分析理论)运行周期性交流分析;利用时域结果,通过傅里叶分析计算频率响应
02
pac仿真分析
pac分析
pac分析内部算法
时域分析达到稳态在稳态下注入扰动干扰傅里叶计算生成直方图得到计算的波德图
pac分析仿真设置
设置界面
输入源:选择用于交流扰动的通用源输出信号:选择感兴趣的输出信号开始频率:指定分析的开始频率结束频率:指定分析的结束频率
输入源:pac源连接在注入扰动的节点上输出信号:需要频率响应的信号开始和结束:频率需要响应的频率点数:分析中使用的频率点的数目延迟:直到系统达到稳态的时间或将-trip赋值为0
多频扰动:
仅从一次瞬态分析得到的频率响应,它叠加了所有扰动频率应用适用至开关频率(奈奎斯特频率)的一半无差错控制比单频扰动快参数含义: ramp:多正弦扰动包络线从0上升到其最终值的时间间隔(秒)settle:在多正弦斜坡结束和傅里叶分析开始之间的时间推移(秒)。这种时间的流逝允许在注入扰动后达到稳态。acquire:执行fft的周期1/fbegin的整数。大于默认值可用于过滤噪声
baseline:指定是否在没有多音扰动的情况下执行额外的瞬态分析frequency-based:应用于单个正弦扰动作为频率的函数(例如,-freqscale freq1 scale1 freq2 scale2…)噪声滤波器尺寸:用于减少波德图抖动的窗口平均滤波器的阶数。平均窗口的宽度是过滤器值的两倍crest:对多正弦谐波分量的相位进行实数随机化,以减小波峰因子对大信号稳态的影响
单频扰动
从许多瞬态分析得到的频率响应工作频率高于奈奎斯特频率(开关频率的一半和倍数除外)误差控制并行化可以提高性能多核网格/云计算高效使用运行时附加组件产品错误:傅立叶级数系数的收敛精度(减小-pac误差提高精度)最低周期:每个频率点运行的最小周期数最大时间间隔:傅立叶级数系数收敛的最大时间间隔优化频率源幅值:为最佳信噪比而优化的频率
注意事项:
周期交流分析依赖于瞬态分析;建议“周期交流分析”中的tr设置与“瞬态分析”中的相同周期性ac分析只能识别通用源只支持一个交流电源.频率增量限制为日志步长过滤减少了博德图上的点的数量扰动只应在设计处于稳态时启动扰动的振幅是一种权衡,大到足以高于模拟噪声下限,小到足以避免扰动稳态操作(饱和效应)03
pac实现稳态分析
spms设计
稳定性分析开关模式电源设计一个闭环电源的工作流程设计:
1.在闭环路径中增加扰动源2.运行定期ac分析3.计算总体开环传递函数4.应用稳定性测量稳定性测量准则
增益交叉频率: 频率在增益=0db时下降应该小于开关频率的一半相位差相位差在增益=0db和-180°之间最好在45°-60°之间dc-dc升压逆变器实例
设计设置
3型补偿器用于电压控制多正弦扰动源连接在节点vout和vfb之间摄动幅度:1mv整体开环传递函数:
tf=vout/vfb仿真设置
扰动来源:输入源:v.v_pac感兴趣的信号输出信号:vout和vfb启动频率:100hz结束频率:99.9 khz (100 khz)指定频率范围:100点稳态时间延迟:40毫秒校准的瞬态分析设置:时间步长:1n;截断误差:0.0005仿真结果
应用稳定性分析
增益交叉频率:5233.3(小于开关电源频率的一半)相位差:51.259°(不超过180°)04
总结
saber稳态分析的优势
saber提供pac分析:一个强大的解决方案,以测试开关电源设计的系统稳定性减少实验室的构建和测试尽早发现问题灵活性,更容易假设降低成本缩短设计周期,减少平均建模工作量降低成本加快完成时间提高品质

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