Buck電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響因素分析

低壓大電流是DC/DC電源應(yīng)用的趨勢(shì)，然而動(dòng)態(tài)響應(yīng)是電源設(shè)計(jì)一個(gè)關(guān)鍵性指標(biāo)。本文將分析Buck電路動(dòng)態(tài)響應(yīng)影響因素。歡迎大家檢查和指教。

一、等效模型

1.1從輕載到重載

當(dāng)ΔI>0時(shí)，電感電流不能突變，電容放電。

放電電流流過ESR，并在ESR上產(chǎn)生壓降。UESR的大小由ΔI和ESR共同決定的。

放電電流斜率在ESL上產(chǎn)生壓降。UESL的大小由ΔI/Δt和ESL共同決定。

1.2從重載到輕載

當(dāng)ΔI<0時(shí)，電感電流不能突變，電容充電。

充電電流流過ESR，并在ESR上產(chǎn)生壓降。UESR的大小由ΔI和ESR共同決定的。

充電電流斜率在ESL上產(chǎn)生壓降。UESL的大小由ΔI/Δt和ESL共同決定。

二、仿真問題

2.1為什么輸出電壓過沖和跌落的峰值是不一樣的？

2.1.1仿真條件

2.1.2仿真結(jié)果

以上四張仿真圖形分別對(duì)應(yīng)以下四種不同直流電阻Rdc下的過充和跌落電壓

（a）Rdc=0 ? （b）Rdc=5mΩ ? （c）Rdc=10mΩ ? （d）Rdc=15mΩ

2.1.3仿真小結(jié)

以上仿真結(jié)果在不同輸出電感的Rdc下，過沖電壓和跌落電壓不一樣。可能原因之一是：輸出電流跳變前后，電感電流有效值是不一樣的。那么，在電感電阻Rdc上產(chǎn)生的壓降也是不一樣的。

2.2為什么輸出電壓過沖和跌落時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大的尖峰？

2.2.1仿真條件

2.2.2仿真結(jié)果

以上四張仿真圖形分別對(duì)應(yīng)以下四種不同電容ESR下的過充和跌落電壓

（a）ESR=0.5mΩ ? （b）ESR=1mΩ ? （c）ESR=2mΩ ? （d）ESR=4mΩ

2.2.3仿真小結(jié)

通過從上面圖2仿真波形可以看出，當(dāng)輸出濾波電容存在較大的ESR時(shí)，負(fù)載電流突然上升，導(dǎo)致輸出電壓存在一個(gè)下降尖峰。ESR越大，尖峰越明顯。

2.3為什么不同ESL對(duì)輸出電壓過沖或跌落影響不大？

2.3.1仿真條件

2.3.2仿真結(jié)果

以上四張仿真圖形分別對(duì)應(yīng)以下四種不同ESL下的過充和跌落電壓

（a）ESL=10nH ? （b）ESL=10nH ? （c）ESL=40nH ? （d）ESL=80nH

2.3.3仿真小結(jié)

通過從上面仿真波形可以看出，當(dāng)輸出濾波電容存在ESL時(shí)，負(fù)載電流突然上升，輸出電壓波形變化不大。說明此時(shí)的ESL較小，也說明此時(shí)負(fù)載電流變化率不大。

總結(jié)：

在Buck低壓大電流電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題上，輸出濾波電容的等效電阻ESR對(duì)過充電壓和跌落電壓影響較大。因?yàn)椋?fù)載變化瞬間，電容快速充放電。ESR上產(chǎn)生的壓降不可避免。目前工藝，固態(tài)電容具有較低的ESR，可有效減小尖峰電壓。

忽略電容ESR造成的影響，輸出電壓過沖和跌落的幅值，主要受到電容容量，電感大小，閉環(huán)程序的影響。

多相并聯(lián)電源在發(fā)生負(fù)載突變的情況時(shí)，多相電源相位相同比多相移相有更小的跌落電壓。