同步整流BUCK型DC-DC模块TPS54310的平均SPICE模型的建立与应用BuildandApplicationoftheAveragedSPICEModeloftheSynchronousBuckModuleTPS54310香港科汇（亚太）有限公司成都代表处何亚宁摘要：在Dr.SamBen-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™Designer2.01的设计结果的对比中得到证实。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AbstractBaseontheSwitchedInductorModel(SIM)conceptofDr.SamBen-Yaakov.AaveragedSPICEmodeloftheTPS54310isbuiltusingequivalentcircuitmethod.SotheDCanalysis,smallsignalanalysisandlargesignalclosedlooptransientanalysisoftheTPS54310caneasilybeDONe.ThevalidityofthemodelisverifiedbycomparisionbetweentheresultsofdesignwiththeoriginaldesignprogramSWIFT™Designer2.01andtheresultsofSPICEsimulationusingthemodelbuiltinthispaper.Keywordssynchronousrectifier;SwitchedInductorModel;averagedSPICEmodel;simulation;DCanalysis;smallsignalanalysis;largesignalclosedlooptransientanalysis1引言自从1978年，R.Keller首次运用R.D.Middlebrook的理论进行开关电源的SPICE仿真，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.SamBen-Yaakov的开关电感模型；Dr.RayRidley的模型；基于Dr.VatcheVorperian的Orcad9.1的开关电源平均Pspice模型；基于StevenSandler的ICAP4的开关电源平均Isspice模型；基于Dr.VincentG.Bello的Cadence的开关电源平均模型等等。本文将在Dr.SamBen-Yaakov开关电感模型概念的基础上，结合TI公司的DC-DC变换器ICTPS54310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。2TPS54310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，0.9V到3.3V可调输出，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。(1)流过开关电感各端口的平均电流如下：（2a）IL代表流过储能电感L的平均电流（图3）开关电感模型（图2）开关电感（1）式和（2a）~（2c）式的关系适用于CCM连续电感电流和DCM不连续电感电流两种工作模式。2.占空比发生器DCGTPS54310内部采用电压模式的脉宽调制器，PWM比较器把误差放大器输出的控制电压与振