增强DC/DC变换器动态响应的新方法

现代MPU和DSP中使用的节能技术会使负载电流在工作时有大幅度的变动，负载电流
阶跃的转换速率和振幅可能非常高。例如，Intel Pentium4电流阶跃的转换速率可能高达350A/ms。但是，电源线路中允许的最大电压降落或过冲不得超过100~120mV!因此，电源设计工程师经常面临的一 个难题是如何在当负载电流高速瞬变时能提供快速的动态响应。

图1  DRC的方框图

图2  负载瞬变期间的DC/DC和DRC电流

标准解决方案
为提高DC/DC变换器和稳压器的负载动态响应，许多设计工程师选择使用大容量输出电容器。大容量电容器通常必须具有非常低的ESR(等效串联电阻)值。这代表着必须以并联方式连接众多电容器。此解决方案的成本较高，并且需要占用大量的板空间。 
提高DC/DC变换器动态响应的另一种方法是降低变换器的输出滤波电感。此解决方案的缺点是效率较低，因为它需要较高的开关频率。
一些设计工程师使用带辅助快速线性稳压器的DC/ DC变换器。此解决方案必须使用较高的供电电压对线性稳压器供电，因此转换效率较低。
另外的方法是并连一个或多个DC/DC变换器来改善动态响应。此解决方案必须同步于不同的变换器(包括开关频率和相位)，因此电路比较复杂。

全新的解决方案
本文建议的动态负载瞬变响应电路(DRC)可以与任何DC/DC变换器配合使用。此解决方案可以减少对大容量电容器的要求，或无需使用此类电容器。与其它解决方案相比，成本更低，并且占用的板面积更小。它不会对效率有较大的影响。这一新颖的设计基于能对输出电压变化作出快速反应的大功率误差放大器，以及用于能量存储的“悬浮”电容器。图1所示为DRC的方框图。
当输出电压因电流快速阶跃而突然下降时，电容器中存储的能量将直接提供给负载。储能电容器相对较小，但所充的电压高于标称输出值。对储能电容器的ESR参数没有像在使用大容量输出电容器情况下那样要求严格。
(1)式可用于估计对储能电容器进行充电所需的电压。假定电容值大到足以存储所需的能量。
Ua = Un + DI