SMPS制御ループ安定性アナライザー

小信号解析 SMPSをその操作点を中心とした線形時不変システムとしてモデル化します。オープンループゲイン T (s) = G_c (s) × F_m × G_vd (s) × H (s) によって安定性が決まります。G_c は補償器、F_m は PWM 変調器のゲイン、G_vd はパワーステージプラント (出力電圧に対するデューティサイクル)、H はフィードバック分圧器です。

プラントモデル: 電圧モードでは、G_vd (s) は出力コンデンサのESRと負荷を含むパワーステージの状態空間平均モデルです。バックプラントには 2 つの LC 極と 1 つの ESR ゼロ (2 次) があり、位相遅れは 180° です。ブーストコンバータとバックブーストコンバータには以下が加わります。 右半平面 (RHP) ゼロ D′²R/ (DL) では、デューティサイクルを増やすとインダクタンス効果が現れる前に出力電圧が最初に低下するため、達成可能な帯域幅が制限されます。フライバックコンバータは CCM のバックブーストコンバータのように動作します。

ピーク電流モード インダクタ電流ループを閉じた状態でのスイッチングコンバータの正確な小信号応答を使用します。これには、スイッチング周波数の半分に近いサンプリング動作が含まれます（リドリーのモデルで近似されています）。検出抵抗は電流検出ゲインを設定し、オプションの外部ランプはスロープ補償を設定します。デューティ・サイクルが 50% を超えると、インダクタ電流ループにはm_c・D′ > 0.5 (m_c = 1 + S_e/S_n) が必要です。これがないと、ループはFsw/2で発振し、ツールはマージンを与えずに準高調波的に不安定であると報告します。

有効なバンド: どちらのモデルも、Fsw/2 以下のコンバータについてのみ説明しています。ゲインがまだ 0 dB を上回っているループは、どちらも当てはまらないところを横切るため、マージンは報告されず、ループは安定とは見なされません。

安定性基準: 位相マージン> 45°、ゲインマージン> 10 dB が標準目標です。PMが不十分だと、リンギングが発生してトランジェント回復が遅くなり、PMが多すぎると帯域幅が無駄になります。PM < 0° または GM < 0 dB は、クローズド・ループ・システムが不安定であることを意味します。

モンテカルロ歩留まり 製造ユニットの何パーセントが両方の安定性基準を同時に満たすかを予測し、製造されたユニットのうち、生産許容範囲全体にわたる部品価値のばらつきを考慮して予測します。マージンのない試行は失敗としてカウントされ、マージン統計に平均化されるのではなく、個別に報告されます。これにより、ユニットごとのキャリブレーションを行わなくても製造できるほど設計が堅牢であるかどうかがわかります。