在電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域，控制回路的性能對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。控制回路設(shè)置不當(dāng)，不僅會(huì)使電源轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)振蕩，導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生過(guò)高的電壓紋波，還會(huì)降低電磁兼容性（EMC）性能。此外，不合理的控制回路設(shè)置會(huì)使電壓轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載瞬變和電源電壓變化的響應(yīng)速度變慢。因此，仔細(xì)檢查控制回路是電源設(shè)計(jì)過(guò)程中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。

波特圖：控制回路檢查的有力工具

波特圖為檢查控制回路提供了一個(gè)非常有用的依據(jù)。而借助 LTspice（17.1 版本或更高版本）等仿真工具，我們可以輕松、快速地生成波特圖。下面將詳細(xì)探討使用 LTspice 進(jìn)行波特圖仿真的三個(gè)關(guān)鍵步驟。

步驟一：搭建測(cè)試電路并添加頻率響應(yīng)分析儀

首先，使用 LTspice 打開(kāi)電源電路，例如一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路。以 ADP2370 降壓型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的電路為例，在 LTspice 中，測(cè)試電路（也就是外部電路）可以從現(xiàn)成的電路中選擇。當(dāng)電路出現(xiàn)在顯示屏上后，從 “組件” 選項(xiàng)卡中選擇一個(gè)頻率響應(yīng)分析儀（FRA），它將被添加至上分壓電阻（R1）的上方。如圖 1 所示，這就是在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路中添加頻率響應(yīng)分析儀以便進(jìn)行波特圖仿真的情況。
圖 1. 在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器電路中添加頻率響應(yīng)分析儀，以便進(jìn)行波特圖仿真。

步驟二：選擇仿真類型并配置參數(shù)

接下來(lái)，選擇一種用于生成波特圖的仿真類型。在圖 1 中，仿真類型顯示為 “.fra”。在開(kāi)始波特圖仿真之前，必須輸入所需的參數(shù)。有諸多可進(jìn)行優(yōu)化的選項(xiàng)。右鍵單擊 FRA 組件會(huì)彈出一個(gè)窗口，可以在其中配置波特圖的各項(xiàng)設(shè)置。如圖 2 所示，紅色圓圈標(biāo)注的 “Help Me Configure This for a Switching Regulator”（幫我完成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的此項(xiàng)配置）選項(xiàng)，可進(jìn)行自動(dòng)配置，讓操作變得輕而易舉。在這個(gè)窗口中，需要輸入開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的直流輸出電壓、開(kāi)關(guān)頻率和預(yù)期穩(wěn)壓器帶寬（0 dB 交越頻率）。
圖 2. 頻率響應(yīng)分析儀窗口中的波特圖設(shè)置。

步驟三：開(kāi)始仿真并分析結(jié)果

完成上述設(shè)置之后，按下仿真鍵。如圖 3 所示，波特圖窗口會(huì)在仿真過(guò)程結(jié)束后自動(dòng)打開(kāi)。在波特圖中，頻率表示 0 dB 交越點(diǎn)處的控制回路帶寬。在示例中，大約是 23 kHz。控制回路的穩(wěn)定性可通過(guò)相位裕度進(jìn)行評(píng)估。相位裕度是指控制回路在 0 dB 增益交越頻率處的相移，圖 3 中標(biāo)記為 “gain_1”。一般來(lái)說(shuō)，相位裕度應(yīng)大于 40°，示例中大約為 53°，這表明該開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器具備足夠的穩(wěn)定性。
圖 3. 使用 LTspice 版本 17.1 為開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器生成的波特圖。

結(jié)論

使用 LTspice 17.1 及更高版本時(shí)，F(xiàn)RA 模塊可使波特圖的創(chuàng)建過(guò)程變得格外輕松。不僅如此，仿真計(jì)算過(guò)程得以優(yōu)化，使得仿真耗時(shí)大幅縮短，進(jìn)而讓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器控制回路優(yōu)化變得輕而易舉。通過(guò)這種簡(jiǎn)便的方法，工程師們可以更高效地進(jìn)行控制回路仿真，提高電源設(shè)計(jì)的質(zhì)量和穩(wěn)定性。