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瞬态响应

时间:2026-01-29 08:46:38

 

  ,它维持在特定容差范围内,以确保正确运行(典型的CPU电路只允许电压源与额定电压的最大偏离不超过±3%)。该固定电压由某些种类的稳压器提供。通过电阻

  (大约为20A或更多)时,保持输出电压恒定。当负载电流需求量缓慢变化时很容易做到这一点,但是,如果负载电流“阶跃”足够快的话,稳压器将无法提供完全稳定的输出电压。

  ,以确保电路的正常工作。设计工程师必须在理解瞬态响应原理的基础上,利用正确的设计思路才能以较低的成本改善电源的瞬态响应性能。

  在几百纳秒内发生20或30A的变化,供电电压仍然要保持稳定,要实现这个性能指标绝非易事。

  当负载电流需求量在几乎零时间内从IL1变化到更大值(IL2)时发生了负载瞬变。在瞬变之前,稳压器处于稳态运行,这时IREG= IL1,并且输出电容没有向外部电路输出电流。

  增加到IL2的瞬间),IREG = IL1。通过简单节点分析得出,此时电流源需要输出电容:

  COUT将继续提供电流直到控制环路把IREG提高到IL2为止。在COUT必须提供电流期间,随着电容放电,它两侧的电压将会降低。电容的内部寄生等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(

  对电流源进行调节)的角色。稳压器的电流源永远不可能在零时间内作出变化,因此可以得出结论,若使

  2. 在稳压器的控制环路对负载变化进行调整的时间间隔,对负载电流变化(在先前的稳态值和新的负载电流之间)进行供给的来源是输出电容。因此,需加入输出电容以试图在负载瞬变时维持输出电压恒定。系统规范规定了所必须使用电容的大小和种类。

  3. 稳压器的速度越快越好。稳压器的控制环路响应速度越快,在环路纠正瞬变前输出电容上的电压变化就越小。因此可以看出,更快的稳压器意味着在获得同等“负载调节

  :负载变化越快,ESL在输出电压波形上产生的“尖峰”就会越大。该尖峰在时间上很窄,这是因为电感仅仅产生一个电压以响应变化着的电流,这可以通过下面的公式得出:

  达到新值(IL2)时,ESL的电压尖峰也就结束。负载电流瞬变的上升时间越短,电感的影响也就越大。大容量

  都很低,它们通常用在器件的管脚处,而这些器件对快速上升的负载瞬变有相应的要求。

  不管电容提供电流还是吸收电流(用波形上的“ESR阶跃”表示),输出电容的ESR都会导致电压降低。尤其要注意的是,这里的“ESR阶跃”是指负载瞬变时调节输出端的DC

  以下,那么输出电压到误差放大器的反馈量使得电流源IREG充分开启,从而迫使输出电压返回到额定电压。输出电压将上升并过冲超过额定值,此时随着环路继续进行调节,输出电压将被调整下降。这种情况下,环路的行为非常精确地反映了

  (环路稳定度)。一个经过较好补偿且相位裕度大于40°的环路,将产生一个迅速消失的瞬变,而且该瞬变中仅包含一个大的偏移。相对较小的相位裕度会在环路的建立行为上产生额外的“

  周期(ring cycle)”。图2中的波形显示了一个稳定性方面的“状况”描述,但它并不典型。

  存在两种类型的负载瞬变:负载电流突然增加,或者降低。前面的例子表明当负载电流突然增加时输出电压如何发生变化。下面的例子将探讨当负载电流突然降低时会发生什么情况。

  突然从IL1降低到IL2。因为IREG不能立即降到IL2,最初它将继续提供IL1大小的电流。既然负载吸收更少的电流,那么输出电容必须吸收IL1和IL2之间的差值,这将迫使COUT两侧的电压升高。

  两侧产生一个电压尖峰,而且经过ESR流入COUT的电流也将导致一个ESR阶跃。在尖峰过后,随着电容从吸收电流(IL1 - IL2)中充电,COUT两侧的电压将会升高。

  IREG。但是既然大多数稳压器都无法将电流吸收到它们的输出端,VOUT只能按照COUT向负载的放电速度再次降到额定值(在IREG被减小或者关闭以后)。但是,一旦VOUT下冲到额定值,控制环路将重新努力开启IREG并使输出迅速回转上升,导致这个循环不断重复直至达到新的稳定状态条件,此时因为IREG等于IL2,COUT将再次没有电流流入。

  负载降低瞬变的建立时间通常大于负载增加瞬变的建立时间,这是因为前者在COUT把过剩电压放电给负载阶段花费了更多的时间:既然

  需求量有所降低,那么电容的放电速度就变得更加缓慢。负载增加瞬变把它的大部分时间都用在使COUT回转上升上,同时稳压器在该模式下提供了最大电流(通常大于额定输出电流)。与向负载放电时的降低相比,当被上述大电流以正方向驱动时,COUT两侧的电压(也就是调节输出电压)将会变化得更快。

  这表明在大多数情况下,对于负载从额定电流的20%阶跃上升到80%的瞬变来说,其输出电压重新建立到

  恒电位一恒电流(P一G)瞬态响应技术以及由它所建立的描述钝化体系P一G响应特征的数学模型能有效地用于 钝化稳定性以及孔蚀发生与发展过程的研究。由P一G响应曲线数据可解析表征钝化膜特征及稳定性的电化学参数,研究这些参数的变化规律可分析钝化膜破坏的原因以及孔蚀缓蚀剂的作用。

  大容量陶瓷电容是世界上用于降低瞬变的电容,大多数主板设计上都放置了大量的陶瓷电容(容量可达22

  ),这些电容直接安装在器件的引脚上,加电后可以抑制瞬变。大容量陶瓷电容通常所具有的ESR阻值低到毫欧姆量级,同时

  的数值也很低。没有其它类型的电容能够同时为ESR和ESL提供像这种级别的性能(尽管

  对陶瓷电容进行“备份”,这些电解电容能够在最初负载瞬态变化通过时对负载提供支持。过去在这方面经常使用

  电容。原因在于输入端可以忍受高ESR的电容,这是由于ESR引起的“电压阶跃”并不直接影响调节后的输出电压,相反它被稳压器的“线性调整”功能所抑制,该功能通常在稳压器的输入端对DC变化提供高达60~80dB的衰减。

  具有较大环路带宽的稳压器可以对变化负载进行更快速的调节,同时可以减少输出端的大容量电容的数量,这通过稳压器在瞬变发生后不久吸收存储于高容量输入电容中的电荷来实现。一般来说,

  需求量要求使用开关转换器)。一条永远正确的结论是,速度越快意味着成本也就越高,并且无一例外地都需要增加大电流稳压器的带宽。

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