增強(qiáng)DC/DC變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的新方法

現(xiàn)代MPU和DSP中使用的節(jié)能技術(shù)會(huì)使負(fù)載電流在工作時(shí)有大幅度的變動(dòng)，負(fù)載電流
階躍的轉(zhuǎn)換速率和振幅可能非常高。例如，Intel Pentium4電流階躍的轉(zhuǎn)換速率可能高達(dá)350A/ms。但是，電源線(xiàn)路中允許的最大電壓降落或過(guò)沖不得超過(guò)100~120mV!因此，電源設(shè)計(jì)工程師經(jīng)常面臨的一 個(gè)難題是如何在當(dāng)負(fù)載電流高速瞬變時(shí)能提供快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

圖1  DRC的方框圖

圖2  負(fù)載瞬變期間的DC/DC和DRC電流

標(biāo)準(zhǔn)解決方案
為提高DC/DC變換器和穩(wěn)壓器的負(fù)載動(dòng)態(tài)響應(yīng)，許多設(shè)計(jì)工程師選擇使用大容量輸出電容器。大容量電容器通常必須具有非常低的ESR(等效串聯(lián)電阻)值。這代表著必須以并聯(lián)方式連接眾多電容器。此解決方案的成本較高，并且需要占用大量的板空間。 
提高DC/DC變換器動(dòng)態(tài)響應(yīng)的另一種方法是降低變換器的輸出濾波電感。此解決方案的缺點(diǎn)是效率較低，因?yàn)樗枰^高的開(kāi)關(guān)頻率。
一些設(shè)計(jì)工程師使用帶輔助快速線(xiàn)性穩(wěn)壓器的DC/ DC變換器。此解決方案必須使用較高的供電電壓對(duì)線(xiàn)性穩(wěn)壓器供電，因此轉(zhuǎn)換效率較低。
另外的方法是并連一個(gè)或多個(gè)DC/DC變換器來(lái)改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)。此解決方案必須同步于不同的變換器(包括開(kāi)關(guān)頻率和相位)，因此電路比較復(fù)雜。

全新的解決方案
本文建議的動(dòng)態(tài)負(fù)載瞬變響應(yīng)電路(DRC)可以與任何DC/DC變換器配合使用。此解決方案可以減少對(duì)大容量電容器的要求，或無(wú)需使用此類(lèi)電容器。與其它解決方案相比，成本更低，并且占用的板面積更小。它不會(huì)對(duì)效率有較大的影響。這一新穎的設(shè)計(jì)基于能對(duì)輸出電壓變化作出快速反應(yīng)的大功率誤差放大器，以及用于能量存儲(chǔ)的“懸浮”電容器。圖1所示為DRC的方框圖。
當(dāng)輸出電壓因電流快速階躍而突然下降時(shí)，電容器中存儲(chǔ)的能量將直接提供給負(fù)載。儲(chǔ)能電容器相對(duì)較小，但所充的電壓高于標(biāo)稱(chēng)輸出值。對(duì)儲(chǔ)能電容器的ESR參數(shù)沒(méi)有像在使用大容量輸出電容器情況下那樣要求嚴(yán)格。
(1)式可用于估計(jì)對(duì)儲(chǔ)能電容器進(jìn)行充電所需的電壓。假定電容值大到足以存儲(chǔ)所需的能量。
Ua = Un + DI