改善電源負載瞬態(tài)響應(yīng)性能的設(shè)計方法

電子電路一般都需要一個即使在負載電流發(fā)生瞬變時,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。設(shè)計工程師必須在理解瞬態(tài)響應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,利用正確的設(shè)計思路才能以較低的成本改善電源的瞬態(tài)響應(yīng)性能! 

 


瞬態(tài)定義為“僅維持一段短暫時間的事物”.但是,隨著微處理器工作速度和電流需求量的提高,當(dāng)負載電流發(fā)生瞬態(tài)變化時,穩(wěn)壓器在指定范圍內(nèi)保持輸出電壓的能力成為一個廣泛存在的困擾。典型CPU芯片的電源規(guī)范要求,即使負載電流在幾百納秒內(nèi)發(fā)生20或30A的變化,供電電壓仍然要保持穩(wěn)定,要實現(xiàn)這個性能指標(biāo)絕非易事! 

瞬態(tài)響應(yīng)可能是電子電壓調(diào)節(jié)里最難理解的概念之一。在過去曾有一個曾經(jīng)有人做出一個完全錯誤的陳述:“我們新推出的穩(wěn)壓器速度之快甚至可以使你不再需要電容!笔聦嵪喾,當(dāng)負載瞬變時(不管這個穩(wěn)壓器有多快),你始終需要電容! 

總之,為了掌握在哪里投入成本才能提高系統(tǒng)性能和在不犧牲瞬態(tài)的情況下怎樣節(jié)省成本,你需要理解瞬態(tài)響應(yīng)是什么以及它的工作原理! 

電壓調(diào)節(jié)  

幾乎所有的電子電路都需要一個穩(wěn)定的電壓源,它維持在特定容差范圍內(nèi),以確保正確運行(典型的CPU電路只允許電壓源與額定電壓的最大偏離不超過±3%)。該固定電壓由某些種類的穩(wěn)壓器提供。通過電阻分壓器自動檢測輸出電壓,誤差放大器不斷調(diào)整電流源從而維持輸出電壓穩(wěn)定在額定電壓上! 

穩(wěn)壓器必須能夠在負載電流需求量從零上升到滿負荷(大約為20A或更多)時,保持輸出電壓恒定。當(dāng)負載電流需求量緩慢變化時很容易做到這一點,但是,如果負載電流“階躍”足夠快的話,穩(wěn)壓器將無法提供完全穩(wěn)定的輸出電壓! 

理解負載瞬變的關(guān)鍵點:  

1. 穩(wěn)壓器擔(dān)當(dāng)驅(qū)動負載的壓控電流源(通過輸出端的電壓反饋對電流源進行調(diào)節(jié))的角色。穩(wěn)壓器的電流源永遠不可能在零時間內(nèi)作出變化,因此可以得出結(jié)論,如果我們使負載電流的變化速度超過穩(wěn)壓器的響應(yīng)速度,輸出電壓將會發(fā)生變化! 

2. 在穩(wěn)壓器的控制環(huán)路對負載變化進行調(diào)整的時間間隔,對負載電流變化(在先前的穩(wěn)態(tài)值和新的負載電流之間)進行供給的唯一來源是輸出電容。因此,不管你喜歡與否,我們都必須加入輸出電容以試圖在負載瞬變時維持輸出電壓恒定。系統(tǒng)規(guī)范規(guī)定了所必須使用電容的大小和種類! 

3. 穩(wěn)壓器的速度越快越好。穩(wěn)壓器的控制環(huán)路響應(yīng)速度越快,在環(huán)路糾正瞬變前輸出電容上的電壓變化就越小。因此可以看出,更快的穩(wěn)壓器意味著在獲得同等“負載調(diào)節(jié)容差范圍”的情況下能夠采用更小的輸出電容(節(jié)省成本)! 


 


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