修改我们的开关电源架构以改善瞬态响应，第一部分

开关电源通常具有严格的静态调节规范。使用广泛可用的精密基准，我们无需任何初始调整即可在工作温度范围内轻松实现 ±1% 的精度。我们还必须处理电源的动态调节规范，制造商通常将其指定为瞬态负载的最大允许偏差，该瞬态负载具有规定的电流阶跃和规定的最大允许压摆率。这些规格以及恢复时间定义了瞬态后输出电压需要多长时间才能恢复到静态限制范围内。

为通用电源和应用指定最佳静态调节功能的电源非常适用。3V 输出测量值后面的一串两个或三个零看起来很美观，即使负载不需要这样的精度。我们也很自然地假设我们可以通过使这些偏差源自最受限制的静态调节点来最小化总动态峰峰值偏差。因此，开关电源的规范和设计工作已经演变为保持严格的静态电压规范，并要求以最快的合理速率从负载瞬态中恢复。言外之意就是电源有很高的环路增益，

对于电压模式控制的电源，当我们尝试优化补偿时，LC 滤波器的双极点和输出电容的零点及其相关的等效串联电阻 (ESR) 会带来挑战。滤波器参数的可变性，尤其是 ESR，可以在限制我们优化环路的程度方面发挥重要作用。电流模式控制通过控制流入输出滤波器的电流而不是控制流入滤波器的平均电压来解决稳定性问题。这种方法消除了环路中的电感器，但会增加电流传感器(通常是电阻器)的费用。在每一分钱都很重要的成本敏感型应用中，这个电阻器似乎是一种不必要的费用，我们可以通过更好的环路设计来消除它。这一目标导致工程师开发了许多非线性、

考虑典型负载对电源的代表性功率要求：其电源电压在一定范围内，例如标称值的 ±5%。规范很少允许额外的瞬态偏差，但规范允许静态偏差超过电源通常设计的目标。对于微处理器等动态负载，负载的运行速度通常比电源开关快三个数量级，其电流需求转换速率相应地比开关电源所能达到的快很多倍。此外，随着处理器越来越需要动态电源管理技术，微处理器会在其最大需求和几乎零电流需求之间以高转换速率定期转换。

因为电源本身不能对通过输出滤波器的电流变化做出实质性响应，全瞬态电流幅度，

I O , 突然出现在输出电容中。在此瞬态之后，电源会产生相对温和的恢复，以勇敢地尝试快速转换电流以满足负载的新需求。因为输出电容器的典型阻抗决定了 ESR，所以瞬态响应电压特性通常看起来就像电流瞬态一样。为了响应满载瞬变，输出电压会突然跳跃或下降;在这种跳跃或下降之后，或多或少的线性恢复斜坡。每个偏差的大小是VO = _I O ×ESR，并且，当我们考虑由电感纹波电流引起的纹波电压时，I L和电源容差误差 V ERR，即电源可以针对此负载实现的峰峰值输出电压抑制为：

V PP =V ERR +(

I L ×ESR)+(2×I O ×ESR)=V ERR +[(2IO + _I L )×ESR]。(等式 1)

这个方程没有考虑电源可能的非线性响应以更快地将电压带回静态条件，但这种情况是无关紧要的，因为包含峰峰值输出电压的损坏已经发生。应用负载的最佳电源设计的主要目标是以最低成本将该输出电压包含在负载所需的规格范围内。然而，电源控制设备供应商强调在瞬态期间更高的开关频率和更快的环路，这实际上都没有解决这个基本问题。

通过研究简单的等效电路模型，我们可以直观地了解电源的负载瞬态性能。主电压源 V CC提供标称电压。另一个串联源代表电源精度的误差，由于误差是双向的，这个源的极性是未知的，你必须适应它。我们还应该在此源中包含纹波电压误差。电阻值为 ESR。最后，有一个等效的输出电感限制了电源的压摆率。对于降压转换器，等效电感为：

L EQ =L O (

I O,MAX ESR/V L,MIN )，其中 V L,MIN 是 V O 和 V IN –V O中的较低值。

通过检查这个模型来推导前面的公式是相当简单的。请注意，这种方法实际上试图通过降低等效电感值来解决问题。如果我们可以使这个等效电感足够低，以使电源具有接近负载的转换率能力，那么这种方法对于包含电压瞬变是有效的。但是，由于该情况不适用于本示例，因此减少模型中的等效电感几乎不会影响瞬态遏制。

在设计电源时解决公式 1 中的 2 倍因子，而不是将其设计为仅保持在静态条件下可以实现的最严格的固定电压，我们可以获得多项好处。如果从低到高和从高到低的瞬态不是源自相同的静态调节电压会发生什么情况，我们如何以最佳方式实施这样的调节系统?

通过检查各种电源拓扑和控制技术，我们可以得出结论，ESR 是不可避免的，如果不增加额外的大容量输出电容器，就无法大幅降低它。此外，研究这些应用中的输出滤波器通常表明，我们需要大量电容器才能获得足够低的 ESR 来限制严重的瞬态。一旦我们接受 ESR 作为阻抗，它本质上会导致最小偏差

V O 每当负载瞬变发生时，我们会看到电感将电压带回起点，这就是方程需要因子 2 的原因。这个特性是电源控制器供应商一直在错误解决的特性。如果在负载瞬态期间不能降低等效电感以提供来自电源的相当大的压摆率，那么任意降低电感不会提高性能。相反，我们必须转向另一个方向：使等效电感无限大以至于模型将其消除。

如果我们从模型中消除等效电感，请考虑同一应用中电源的响应。因为当通过 ESR 汲取电流时输出电压在较高负载下不会降低，所以考虑将一个小的正偏移电压与等效输出电压源 V CC串联，这会导致输出电压开始高于标称值。然后，当它加载到最大电流时，输出电压会降低到低于标称值。此特性相当于负载调节率差的电源，如果我们遵循电源的陈规定型理想目标，即假定我们应该对所有误差源求和，那么这是令人反感的。

这个模型现在看起来是一个理想的电源，包括误差和偏移，正极连接电缆中有一些电阻。当我们移除电感时，电源现在不会在负载瞬变后尝试恢复。其电压仅在负载增加后下降，在负载减少后增加。也许令人惊讶的是，峰间瞬态遏制现在减少到：

V PP =dV ERR +(dI RPP ×ESR)+(

I×ESR)=dV ERR +[(I+dI RPP )×ESR]。