如何改善开关电源的快速瞬态响应?

可能有很多工程师不知道“瞬态响应”这样的指标,瞬态响应描述的是DCDC应对快速变化的负载的响应能力。对于CPU内核电压,或者射频功率放大电路,瞬态响应这项指标相当重要。

IEEE 802.11标准中,对于设备的输出功率从10%上升到90%的时间做了规定,为了不影响产品性能,我们当然希望上升时间越短越好。射频电路本身往往不会对上升时间造成限制,但是这就对电源电路提出了较高的要求:必须在极短的时间内响应并提供最够的输出功率。

观察下图中两种DCDC反馈电路的拓补结构,不难发现,右侧比左侧的反馈电路多了一颗10pF的电容。这颗电容可不简单,我们将在后面看到这颗电容的用途,这颗电容称为“前馈电容”。

反馈电路增加电容

反馈电路增加电容

无前馈电容时,DCDC的反馈网络由两颗电阻组成,用于设定DCDC转换器的输出电压,其传递函数如下图所示。

无前馈电容的传递函数

无前馈电容的传递函数

无前馈电容的传递函数

增加了前馈电容后,DCDC转换器可以更高效地响应高频扰动。

有前馈电容的传递函数

有前馈电容的传递函数

有前馈电容的传递函数

从环路的角度讲,并入一个电容,就是引入了一个零点和极点,其中零点低于极点。这样会让相位更平滑,当然带宽也会相应变宽。比较两种图形不难发现,两种反馈结构在低频段具有一致的响应曲线;在中高频区域,C1的通路阻抗降低使得输出的电源扰动降到最低,有效的提供了更高的增益和相位。为了更多的抑制瞬态纹波,可以增大前馈电容的大小。对于运行中的DCDC电源转换器来说,增益及相位的增加促使转换器对瞬变负载产生更快的响应。

文章来源:何雪涛硬件设计

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