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• 西门子与 AWS 携手提高西门子 Xcelerator 解决方案组合的可访问性、可扩展性及灵活性

• 通过技术合作和新服务的提供，助力企业降低产品设计和生产复杂度

西门子数字化工业软件近日与亚马逊云科技（AWS）进一步扩大合作，结合西门子深厚的工业知识与 AWS 完善的云服务，帮助工业企业通过云技术加快数字化转型进程。双方计划大力推动西门子 Xcelerator as a Service 在行业内的应用，提高 Xcelerator 解决方案组合的可访问性、可扩展性及灵活性。Xcelerator as a Service 能够帮助快速实现可预测的数字化转型，为企业提供全新的制造洞察与流程自动化能力，并部署互联服务，为任一阶段的数字化进程提供定制化的解决方案。

西门子数字化工业软件总裁兼首席执行官 Tony Hemmelgarn 表示：“西门子与 AWS 将通力合作，助力企业加快工程进度，优化工厂运营，从芯片到边缘、再到云端全方位增强客户体验。我们很高兴能够与 AWS 携手，结合领先的云服务和工业经验，为客户的数字化企业转型铺平道路。”

根据双方签订的战略合作协议，AWS 将与西门子共同为客户提供支持，扩大西门子 Xcelerator as a Service 的云计算能力，探索创新机遇，开发并交付新型解决方案。此次合作的重要领域之一是对于数字孪生技术的丰富与完善，双方计划通过 AWS IoT TwinMaker 加快数字孪生的部署并使其更加普及；AWS IoT TwinMaker 是 AWS 推出的一项新服务，可加快并简化包含多个数据源的数字孪生创建过程。西门子 Xcelerator 解决方案组合目前已集成有60余种 AWS 服务， AWS IoT TwinMaker 的加入将帮助客户实现功能更强大的数字孪生，并确保这些解决方案与西门子设计、仿真和制造软件相兼容。

AWS 工程副总裁 Bill Vass 表示：“西门子与 AWS 的强强联合将帮助工业客户更轻松地使用西门子全面的数字孪生技术及 AWS 的云服务，以获得新的制造洞察力并掌握自动化和互联服务。我们将为市场带来全新的、基于云的数字化转型解决方案，帮助各规模企业直面复杂的工业难题，并将之转化为可屹立于市场的竞争优势。”

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西门子数字化工业软件致力于推动数字化企业转型，实现满足未来需求的工程、制造和电子设计。西门子Xcelerator 解决方案组合可帮助各类规模的企业创建并充分利用数字孪生，为机构带来全新的洞察、机遇和自动化水平，促进创新。欲了解有关西门子数字化工业软件的更多详情，敬请访问：siemens.com/software。西门子数字化工业软件——数智今日 同塑未来。

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电动汽车、商业运输、可再生能源和存储系统设计人员可从碳化硅协议栈解决方案中获益，提高性能和成本效率，可使产品最多提前6个月上市

电动出行和可再生能源系统需要能够提高性能效率和加快开发时间的电源管理解决方案。为满足这些要求，Microchip Technology Inc.（美国微芯科技公司）今日宣布与Mersen合作推出150千伏安（kVA）三相碳化硅电源协议栈参考设计。Mersen是一家为包括电动出行和能源储存在内的众多工业行业提供电源管理解决方案的全球供应商。

Mersen的三相碳化硅电源协议栈参考设计为系统设计人员提供了完整、紧凑的大功率碳化硅解决方案，无需进行单独的器件采购、测试和鉴定。电源协议栈参考设计包括Microchip的碳化硅电源模块和数字栅极驱动器以及Mersen的母线、熔断器、电容器和热管理，在单一的高性能协议栈参考设计中进行了优化设计。凭借Microchip的1200V MSCSM120AM042CD3AG碳化硅MOSFET和AgileSwitch^® 2ASC-12A1HP数字栅极驱动器，电源协议栈参考设计使工程师能使用为其应用预先设计的工具包快速开发高电压系统，从而将上市时间最多缩短六个月。

Microchip分立产品业务部副总裁Leon Gross表示：“与Mersen合作提供碳化硅MOSFET和数字栅极驱动器解决方案，将使Microchip的客户受益。功率逆变器设计人员能采购到成熟的解决方案，就可以避免采购单独的部件，并通过可靠性降低风险，这有助于避免停机。设计人员现在有了一个一体化的评估系统。”

电源协议栈参考设计提供16千瓦/升（kW/l）的功率密度和高达130℃的Tj，峰值效率为98%，开关频率高达20千赫兹（kHz）。凭借Microchip坚固的碳化硅MOSFET和AgileSwitch系列可配置数字栅极驱动器，该参考设计使工程师能够从700V和1200V选项中选择电流高达750A的产品。Microchip还提供模块结构选项，包括基板材料、直接接合铜（DBC）陶瓷材料和芯片连接方法。

Mersen副总裁兼全球战略营销执行专家Phillipe Roussel博士表示：“鉴于可以从单一来源获得高度稳健的碳化硅MOSFET和兼容的数字栅极驱动器，我们与Microchip紧密合作，设计和开发了这款碳化硅电源协议栈参考设计。因此，依托我们的高可靠性母线、电容器、熔断器和冷却系统产品线，我们有能力优化客户的任何逆变器拓扑结构。多功能的Microchip碳化硅阵容也使我们有能力将这些主要规格扩展到更高的电压、电流和开关频率，以满足每个客户的操作点需求。”

除了Mersen的电源协议栈参考设计中的产品外，Microchip还是其他碳化硅电源解决方案的供应商，包括650V至1700V的MOSFET和肖特基势垒二极管系列，提供裸片以及各种分立和多芯片模块封装。

Microchip将内部碳化硅芯片生产与低电感功率封装和数字栅极驱动器相结合，使设计人员能够制造出高效、紧凑和可靠的最终产品。这些器件与单片机（MCU）、模拟和MCU外设以及通信、无线和安全技术组合在一起，为许多应用的系统设计人员提供了成熟的整体系统解决方案。

开发工具

Microchip AgileSwitch 2ASC-12A1HP 1200V双通道数字栅极驱动器采用Augmented Switching^™技术，可直接用于生产并可完全配置。AgileSwitch 2ASC-12A1HP栅极驱动器和下一代2ASC-12A2HP由Microchip智能配置工具（ICT）支持，该接口允许用户配置栅极驱动器参数，包括栅极开关配置文件、系统关键监控器和控制器接口设置。ICT是一个免费的下载工具，可以节省开发时间。

供货

如需了解关于协议栈的其他信息，请访问Mersen协议栈优化组件网页，或联系Microchip销售代表或全球授权分销商。如需了解更多信息，敬请访问Microchip.com/SiC。

资源

可通过Flickr或联系编辑获取高分辨率图片（可免费发布）：

• 应用图：https://www.flickr.com/photos/microchiptechnology/51655174748/sizes/l/

• 产品图：https://www.flickr.com/photos/microchiptechnology/51654975011/sizes/l/

Microchip Technology Inc. 简介

Microchip Technology Inc.是致力于智能、互联和安全的嵌入式控制解决方案的领先供应商。其易于使用的开发工具和丰富的产品组合让客户能够创建最佳设计，从而在降低风险的同时减少系统总成本，缩短上市时间。Microchip的解决方案为工业、汽车、消费、航天和国防、通信以及计算市场中12万多家客户提供服务。Microchip总部位于美国亚利桑那州Chandler市，提供出色的技术支持、可靠的产品交付和卓越的质量。详情请访问公司网站www.microchip.com。

作者：ADI 公司 应用总监 Keith Szolusha  和应用工程师Brandon Nghe

摘要

适当的控制环路相位和增益测量应由拥有（昂贵的）设备和相应经验的工厂专家进行。如果缺少其中一个或两个都没有，则还有另一种选择。

简介

闭环增益和相位图是用于确定开关调节器控制环路稳定性的常用工具。正确完成增益和相位测量需熟悉高级网络分析仪。测量包括断开控制环路、注入噪声，以及测量一定频率范围内的增益和相位（见图1）。这种测量控制环路的做法很少应用于LED驱动器。

LED驱动器控制环路相位和增益测量需要采用一种不同的方法（见图1）——从典型的电阻分压路径到GND电压调节器注入和测量点的偏差。在这两种情况下，台式控制环路相位和增益测量是保证稳定性的最佳方法，但并非每个工程师都有所需的设备和经验丰富的工厂应用程序团队加持。工程师们该怎么办呢？

一种选择是构建LED驱动器，查看它瞬态的响应。瞬态响应观察需要应用板和更常见的台式设备。瞬态分析的结果缺乏波德图基于频率的增益和相位数据——可用于保证稳定性，也可作为一般控制环路稳定性和速度的指示器。

大信号瞬态可用于检查绝对偏差和系统响应时间。瞬态扰动的形状表示相位或增益裕量，因此可用于了解一般环路稳定性。例如，临界阻尼响应可能表示45°至60°的相位裕度。或者，瞬态期间的大尖峰可能表示需要更多的C_OUT或更快的环路。较长的建立时间可能表示需要加快环路的带宽（和交越频率）。这些相对简单的系统检查能够在运行中描绘开关调节器的控制环路，但增益和相位波德图需要进行更深入的分析。

LTspice^®仿真可用在组装或生产电路之前生成开关调节器输出的瞬变波形和波德图。这有助于大致了解控制环路的稳定性，以便开始选择补偿元件和确定输出电容大小。LTspice的使用过程基于1975年Middlebrook的最初建议（请参阅“LTspice：生成SMPS波德图的基本步骤”）。目前，Middlebrook的方法中列出的实际信号注入位置并不常用，但经过多年的调整，得出了如图1a所示的常用注入位置。

此外，带有高边检测电阻和复杂交流电阻LED负载的LED驱动器，在反馈路径中应有一个不同于目前的注入点或Middlebrook最初建议的注入点，LTspice此前未予说明。这里介绍的方法是展示如何在LTspice和实验室中生成LED驱动器电流测量反馈环路波德图。

产生控制环路波德图

标准开关调节器控制环路波德图产生三个关键测量值，用于确定稳定性和速度：

• 相位裕量

• 交越频率（带宽）

• 增益裕量

一般认为，稳定的系统需要45°至60°的相位裕度，而为保证环路稳定性则需要–10 dB的增益裕量。交越频率与一般环路速度有关。图1显示了使用网络分析仪进行这些测量的设置。

LTspice模拟可用在LED的控制环路中创建类似的注入和测量。图2显示了一个LED驱动器（LT3950），给定频率（f）的理想正弦波直接注入到负感测线（ISN）的反馈路径中。测量点A、B和C用于计算注入频率（f）下的增益（dB）和相位（°）。为了绘制整个控制环路的波德图，必须在大频率扫描范围内重复该测量，并在f_SW/2（转换器开关频率的一半）处停止。

图1.开关调节器控制环路波德图测量，带有网络分析仪，用于（a）电压调节器和（b）LED驱动器。

为了进行测量，控制环路断开，正弦波扰动进入高阻抗路径，同时测量由此产生的控制环路增益和相位，

使设计人员能够量化环路的稳定性。

图2.LT3950 DC2788A演示电路LED驱动器LTspice模型，带控制环路噪声注入和测量点

图2中点A、点B和点C的测量值决定了注入频率（f）下控制环路的增益和相位。不同的注入频率产生不同的增益和相位。总之，为了解它的工作原理，可以设置注入频率，并测量A-C和B-C的增益和相位。这会产生控制环路波德图的单个频率点。图3a和3b显示了10 kHz±10 mV AC注入的增益和相位。图3c和3d显示了40 kHz±10 mV AC注入的增益和相位。

频率扫描以及B-C和A-C之间的增益和相位测量生成整个闭环波德图。如摘要中所述，这通常是在工作台上使用一台昂贵的网络分析仪来完成的。在LTspice中也可进行这种扫描，如图4所示。通过与使用网络分析仪的台式测试结果进行比较，证实这些结果（见图8）。

图3.图2中点A、点B和点C的测量值决定了注入频率（f）下控制环路的增益和相位。不同的注入频率产生不同的增益和相位。图3a和3b显示了10 kHz±10 mV AC注入的增益和相位。图3c和3d显示了40 kHz±10 mV AC注入的增益和相位。频率扫描以及B-C和A-C之间的增益和相位测量生成闭环波德图。

图4.用LTspice中的LT3950进行波德图测量，显示增益（实线）和相位（虚线）

在LTspice中创建全部增益和相位扫描和波德图

要在LTspice中为控制环路创建全部波德图、增益和相位的图形扫描，请按照下列步骤操作。

第1步：创建交流电注入源

在LTspice中，插入±10 mV AC注入电压源和注入电阻，并标记节点A，B和C，如图2所示。交流电压源值SINE（0 10m {Freq}）设置10 mV峰值并扫描频率。用户可以使用1 mV至20 mV的正弦峰值来进行计算。注意：许多LED驱动器的感应电压分别为250 mV和100 mV。较高的注入噪声会产生LED电流调节误差。

第2步：添加Math

在原理图上将测量描述作为.sp（SPICE）指令插入。这些指令执行傅里叶变换公式，并以dB和相位计算LED驱动器的复数开环增益和相位。

各指令如下：

• .measure Aavg avg V(a)-V(c)

• .measure Bavg avg V(b)-V(c)

• .measure Are avg (V(a)-V(c)-Aavg)*cos(360*time*Freq)

• .measure Aim avg -(V(a)-V(c)-Aavg)*sin(360*time*Freq)

• .measure Bre avg (V(b)-V(c)-Bavg)*cos(360*time*Freq)

• .measure Bim avg -(V(b)-V(c)-Bavg)*sin(360*time*Freq)

• .measure GainMag param 20*log10(hypot(Are,Aim) / hypot(Bre,Bim))

• .measure GainPhi param mod(atan2(Aim, Are) - atan2(Bim, Bre)+180,360)-180

第3步：设置测量参数

还需要一些小的指令。首先，为进行正确的测量，电路必须处于模拟的稳定状态（启动后）。调整t0，或测量的开始时间和停止时间。通过模拟和观察启动时间来估算或得出开始时间。达到稳定状态后，停止时间定为10/freq，即10个周期，通过对每个频率的10个周期求平均值来减少误差。

各指令如下：

• .param t0=0.2m

• .tran 0 {t0+10/freq} {t0} startup

• .step oct param freq 1K 1M 3

第4步：设置频率采样步长和范围

.step命令设置执行分析的频率分辨率和范围。本例中，使用每倍频程3点的分辨率，模拟1 kHz到1 MHz。波德图测量可以精准到f_SW/2，频率上限设置为系统开关频率的一半。显然，点越多，分辨率越高，仿真时间越长。每倍频程3点是最低的分辨率，但以最小分辨率运行仿真可节省一些时间。从总体设计周期看，5分钟的仿真比设计、组装和测试印刷电路板快几个数量级。基于这点，以更高的分辨率运行，例如每倍频程5点或以上，生成更完整且更容易查看的结果。

第5步：运行仿真

这会比较直观，但LTspice需要多个步骤制作波德图。第一步是运行仿真，暂不生成图，只显示正常范围的电压和电流测量值。按照以下步骤生成波德图。

第6步：制作波德图

右键单击原理图窗口，打开“SPICE错误日志” ，选择Plot .step’ed .meas data。从“画图设置目录”中选择“可见曲线”，然后选择“增益”来绘制数据。或者，可通过单击文件，然后选择将数据导出为文本，产生波德数据的CSV文件，导出测量数据，

在仿真之后，使用网络分析仪进行波德图确认。

控制环路的仿真不像真实的那样可靠，它不能完全保证环路的稳定性和裕度。在设计过程的某个阶段，应在实验室使用网络分析仪工具验证控制环路。

LTspice中生成的波德图可以与网络分析仪的波德图测量结果比较。类似放真，通过将噪声注入反馈环路并测量和处理A-B和A-C的增益和相位来捕获实际的环路测量结果。测量设置示意图和照片如图5至图7所示。

图5.网络分析仪的LED驱动器控制环路波德图测量设置

图6.Venable System Model 5060A老式网络分析仪，用于高边浮动噪声注入和LED驱动器的测量

图7.LT3950 LED驱动器上的噪声注入和测量点

图8.DC2788A演示电路板上的LT3950 LED驱动器的波德图。

通过LTspice模拟生成的图（蓝线）与使用网络分析仪生成的图（绿线）相关性强。

表1.LT3950 LED驱动器的波德图测量数据比较，LTspice vs.网络分析仪

Ltspice仿真结果显示与网络分析仪数据的强相关性，证明LTspice是LED驱动器设计中的有效工具——产生大概的参考，帮助工程师缩小元件选择范围。较低频率下的增益和相位与硬件非常相近，较高频率下的仿真数据和硬件数据之间的差异更大。这可能代表了对高频极点、零点、寄生电感、电容和等效串联电阻建模的挑战。

结论

LTspice建模用于测量控制环路增益和相位，生成LED驱动器的波德图。Ltspice仿真数据的精确度取决于所使用的SPICE模型的精确度，精确地建模每个元件以解决现实情况会增加仿真时间。就LED驱动器设计而言，没有完善的元件建模，LTspice数据也可用于相对较快地缩小元件范围并预测总体电路性能。仿真有助于在过渡到硬件设计之前指导设计工程师，节省总体设计时间。粗略地选择元件后，使用内置板和网络分析仪的测量可以确认或对比仿真结果，作为开发期间硬件验证的一种手段。

参考资料：

1 Gabino Alonso.“LTspice：生成SMPS波德图的基本步骤。Analog Devices, Inc.

作者简介

Keith Szolusha是ADI公司应用总监，工作地点位于美国加利福尼亚州圣克拉拉。自2000年起，Keith任职于BBI Power Products Group，重点关注升压、降压-升压和LED驱动器产品，同时还管理电源产品部的EMI室。他毕业于马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院(MIT)，1997年获电气工程学士学位，1998年获电气工程硕士学位，专攻技术写作。联系方式：keith.szolusha@analog.com.

Brandon Nghe是Analog Devices的应用工程师。2020年获得加利福尼亚理工州立大学电气工程硕士学位。Brandon负责为汽车应用设计和测试升压、降压-升压和LED驱动器的低电磁干扰DC/DC变换器。联系方式：brandon.nghe@analog.com.

近日，业内知名氮化镓芯片原厂纳微半导体推出了一套全新的快充电源参考设计，输出功率高达300W，同时整套电源方案的设计也非常紧凑，功率密度更是达到了惊人的3.78W/cm³。

据了解，纳微这套300W快充参考设计基于图腾柱PFC+AHB非对称半桥的架构开发，从正面可以看到，整个电源模块外形方正，正面有序分布着电容、电感、变压器等器件。

PCB板背面为贴片器件，包括四颗纳微的NV6128功率芯片，变压器背面采用镂空处理，加强绝缘。

该参考设计应用了纳微新一代氮化镓功率芯片NV6128。该芯片采用QFN6*8mm封装，在使用电流检测电阻时仍能得到增强的散热。NV6128内部整合集成栅极驱动器，支持10-30V供电，且导通压摆率可编程。

NV6128具有开尔文源极，有效降低寄生参数对高频开关的影响。NV6128导阻为70mΩ，在纳微的氮化镓功率芯片中最低。芯片额定工作电压为650V，峰值耐压800V，在系统中的可靠性更高，支持2MHz高开关频率。

图腾柱的PFC是一个很先进的高效拓扑，此前一直应用在服务器电源中，用于快充电源中可以消除整流桥损耗，也叫做无桥PFC。同时，得益于氮化镓这种器件可以高速开关以及没有反向恢复的特性，非常适合用在CCM工作模式下，这与图腾柱的PFC完美契合。

纳微这套300W快充参考设计支持90-240V 47-63Hz宽电压输入，采用USB-C接口输出，规格为20V 15A，最大功率300W，整个方案尺寸为60mm × 60mm × 22mm，这与传统硅器件的65W充电器尺寸相当。也就是说通过纳微工程师团队的优化，提升了3到5倍的功率密度。

同时纳微这套300W快充参考设计的效率也非常高，无桥PFC电路在高压的情况下可以获得99.3%的效率，即使在低压的情况下，也可以达到接近98%的效率，这也是无桥PFC应用到快充领域带来的价值。

来源：充电头网