基于脈沖負載的中小功率開關電源研究(2)

　　電阻產生的跌落可由（ 3） 式得到：

　　電感產生的跌落可以由（ 4） 式得到：

　　在Tr 時間段內， 由負載突變造成的輸出電壓跌落為：

在負載電流達到最大值后， 電容上的電壓繼續(xù)跌落， 直到反饋系統(tǒng)開始工作， 電感的平均電流等于負載電流時， 電容上面的電壓才開始回升。反饋系統(tǒng)開始工作， 取決于反饋系統(tǒng)的響應速度， 也就是取決于整個電源環(huán)路的帶寬。假設整個環(huán)路的的交叉頻率為f 。， 輸出電壓的跌落可以通過交叉頻率f 處的輸出濾波電容的容抗計算 。輸出電容在交叉頻率處的容抗為：

　　故由反饋環(huán)路引起的電壓跌落可以由（ 6） 式得到：

　　2. 2   脈沖負載仿真

　　根據(jù)脈沖負載原理， 構建一個非隔離Buck 控制器進行仿真。開關頻率為400 kHz, 濾波電容的等效電阻為50 mΩ ，等效電感為10 nH, 電容容量為330μ F，整個回路的交越頻率為25 kHz。仿真結果如圖3所示。脈沖負載幅度為3 A, 上升時間50 ns。

圖3   脈沖負載原理仿真

　　電路仿真結果如圖4 所示。輸出電壓波形在突然增加負載時開始跌落， 由于整個PWM 的反饋系統(tǒng)還沒有起作用， 電容的電壓被拉低， 形成一個凹陷。隨著PWM 開始檢測到輸出電壓的降低， 開始從輸入端傳遞能量到濾波電容上， 電容的電壓開始回升， 直到回到穩(wěn)定值。電壓從跌落到恢復到穩(wěn)定值的過程中， 沒有出現(xiàn)振蕩， 表明在此參數(shù)條件下，整個電源環(huán)路具有合適的增益余量和相位余量。

圖4   脈沖負載輸出電壓

　　局部放大波形如圖5 所示。圖6 是圖5 中B 處的放大時序， 此處的凹陷主要由電容上等效電感和等效電阻的影響造成。從仿真圖上可以看出， 等效電感引起的跌落為601 mV, 與用（ 4） 式計算的結果（ 600 mV） 相當。當負載電流達到最大值后， 電壓開始回升600 mV。等效電感造成的電壓跌落消失。等效電阻產生的最大跌落為Iout×Cesr = 150 mV, 與仿真結果145 mV 一致。

圖5 圖4中A處的放大波形

　　從圖5 可以看出， 當負載電流達到最大值后， 等效電感產生的電壓跌落消失， 等效電阻產生的電壓跌落達到最大值150 mV。隨后， 電容電壓繼續(xù)跌落， 待反饋回路起作用后， 電感的平均電流等于負載電流時， 輸出電壓開始回升， 最終回到穩(wěn)定的狀態(tài)。

　　從圖5 可以看出， 反饋環(huán)路響應速度的快慢影響著輸出電壓的跌落幅度。