充电电源怎么样轻松估计负载瞬态响应的方法

一种通过了解控制带宽和输出滤波器电容特性估算电源瞬态

响应的简单方法。该方法充分利用了这样一个事实，即所有电路的闭环输出阻抗均为开环输

出阻抗除以 1 加环路增益，或简单表述为：

图 10.1 以图形方式说明了上述关系，两种阻抗均以 dB-Ω 或 20*log [Z] 为单位。在开

环曲线上的低频率区域内，输出阻抗取决于输出电感阻抗和电感。当输出电容和电感发生谐

振时，形成峰值。高频阻抗取决于电容输出滤波器特性、等效串联电阻 (ESR) 以及等效串

联电感 (ESL)。将开环阻抗除以1加环路增益即可计算得出闭环输出阻抗。

由于该图形以对数表示，即简单的减法，因此在增益较高的低频率区域阻抗会大大降低；

在增益较少的高频率区域闭环和开环阻抗基本上是一样的。在此需要说明如下要点：1）峰

值环路阻抗出现在电源交叉频率附近，或出现在环路增益等于1（或0dB）的地方；以及2）

在大部分时间里，电源控制带宽都将会高于滤波器谐振，因此峰值闭环阻抗将取决于交叉频

率时的输出电容阻抗。

一旦知道了峰值输出阻抗，就可通过负载变动幅度与峰值闭环阻抗的乘积来轻松估算瞬

态响应。有几点注意事项需要说明一下，由于低相位裕度会引起峰化，因此实际的峰值可能

会更高些。然而，就快速估计而言，这种影响可以忽略不计 [1] 。

第二个需要注意的事项与负载变化幅度上升有关。如果负载变化幅度变化缓慢（dI/dt较低），则响应取决于与上升时间有关的低频率区域闭环输出阻抗；如果负载变化幅度变化

极为快速，则输出阻抗将取决于输出滤波器ESL。如果确实如此，则可能需要更多的高频旁通。

最后，就极高性能的系统而言，电源的功率级可能会限制响应时间，即电感器中的电流可能

不能像控制环路期望的那样快速响应，这是因为电感和施加的电压会限制电流转换速率。

下面是一个如何使用上述关系的示例。问题是根据 200kHz 开关电源 10amp 变化幅度允

许范围内的 50mV 输出变化挑选一个输出电容。所允许的峰值输出阻抗为：Zout=50mV/10 

amps 或 5 毫欧。这就是最大允许输出电容 ESR。接下来就是建立所需的电容。幸运的是，

ESR 和电容均为正交型，可单独处理。一个高 (Aggressive) 电源控制环路带宽可以是开关

频率的1/6或30 kHz。于是在30 kHz 时输出滤波电容就需要一个不到5 毫欧的电抗，或高

于 1000uF 的电容。图 10.2 显示了在 5 毫欧 ESR、1000uF 电容以及 30kHz 电压模式控制条

件时这一问题的负载瞬态仿真。就校验这一方法是否有效的 10amp 负载变动幅度而言，输出

电压变化大约为52mV。