在電源設(shè)計(jì)中，瞬態(tài)響應(yīng)一詞并不陌生，可以理解為系統(tǒng)在某一典型信號(hào)輸入的作用下，輸出量從初始狀態(tài)到穩(wěn)定狀態(tài)的一個(gè)變化過(guò)程，而瞬態(tài)響應(yīng)也被工程師稱之為動(dòng)態(tài)響應(yīng)或暫態(tài)響應(yīng)。應(yīng)用到電路中一般都需要一個(gè)即使在負(fù)載電流發(fā)生瞬變時(shí)，輸出電壓也能維持在特定容差范圍內(nèi)的電壓源，以確保電路的正常工作，從而才能以較低的成本改善電源的瞬態(tài)響應(yīng)性能。那么，小編將在本文中分享一種可輕松估計(jì)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的方法，希望對(duì)朋友們有所幫助。
本文是一種通過(guò)了解控制帶寬和輸出濾波器電容特性估算電源瞬態(tài)響應(yīng)的簡(jiǎn)單方法。該方法充分利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即所有電路的閉環(huán)輸出阻抗均為開環(huán)輸出阻抗除以1加環(huán)路增益，或簡(jiǎn)單表述為：
在開環(huán)曲線上的低頻率區(qū)域內(nèi)，輸出阻抗取決于輸出電感阻抗和電感。當(dāng)輸出電容和電感發(fā)生諧振時(shí)，形成峰值。高頻阻抗取決于電容輸出濾波器特性、等效串聯(lián)電阻(ESR)以及等效串聯(lián)電感(ESL)。將開環(huán)阻抗除以1加環(huán)路增益即可計(jì)算得出閉環(huán)輸出阻抗。
由于該圖形以對(duì)數(shù)表示，即簡(jiǎn)單的減法，因此在增益較高的低頻率區(qū)域阻抗會(huì)大大降低；在增益較少的高頻率區(qū)域閉環(huán)和開環(huán)阻抗基本上是一樣的。在此需要說(shuō)明如下要點(diǎn)：峰值環(huán)路阻抗出現(xiàn)在電源交叉頻率附近，或出現(xiàn)在環(huán)路增益等于1(或0dB)的地方；以及在大部分時(shí)間里，電源控制帶寬都將會(huì)高于濾波器諧振，因此峰值閉環(huán)阻抗將取決于交叉頻率時(shí)的輸出電容阻抗。
圖1閉環(huán)輸出阻抗峰值Zout出現(xiàn)在控制環(huán)路交叉頻率處
圖1
一旦知道了峰值輸出阻抗，就可通過(guò)負(fù)載變動(dòng)幅度與峰值閉環(huán)阻抗的乘積來(lái)輕松估算瞬態(tài)響應(yīng)。有幾點(diǎn)注意事項(xiàng)需要說(shuō)明一下，由于低相位裕度會(huì)引起峰化，因此實(shí)際的峰值可能會(huì)更高些。然而，就快速估計(jì)而言，這種影響可以忽略不計(jì)。第二個(gè)需要注意的事項(xiàng)與負(fù)載變化幅度上升有關(guān)。如果負(fù)載變化幅度變化緩慢較低)，則響應(yīng)取決于與上升時(shí)間有關(guān)的低頻率區(qū)域閉環(huán)輸出阻抗;如果負(fù)載變化幅度變化極為快速，則輸出阻抗將取決于輸出濾波器ESL。如果確實(shí)如此，則可能需要更多的高頻旁通。最后，就極高性能的系統(tǒng)而言，電源的功率級(jí)可能會(huì)限制響應(yīng)時(shí)間，即電感器中的電流可能不能像控制環(huán)路期望的那樣快速響應(yīng)，這是因?yàn)殡姼泻褪┘拥碾妷簳?huì)限制電流轉(zhuǎn)換速率。
圖2 仿真校驗(yàn)估計(jì)負(fù)載瞬態(tài)性能
圖2是一個(gè)如何使用上述關(guān)系的示例。問(wèn)題是根據(jù)200kHz開關(guān)電源10amp變化幅度允許范圍內(nèi)的50mV輸出變化挑選一個(gè)輸出電容，所允許的峰值輸出阻抗為：Zout=50mV/10amps或5毫歐，這就是最大允許輸出電容ESR。接下來(lái)就是建立所需的電容，幸運(yùn)的是，ESR和電容均為正交型，可單獨(dú)處理。一個(gè)高(Aggressive)電源控制環(huán)路帶寬可以是開關(guān)頻率的1/6或30kHz。于是在30kHz時(shí)輸出濾波電容就需要一個(gè)不到5毫歐的電抗，或高于1000uF的電容。圖2顯示了在5毫歐ESR、1000uF電容以及30kHz電壓模式控制條件時(shí)這一問(wèn)題的負(fù)載瞬態(tài)仿真。就校驗(yàn)這一方法是否有效的10amp負(fù)載變動(dòng)幅度而言，輸出電壓變化大約為52mV。
