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为什么增/减的负载瞬变不对称？
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(图3)。
 图3：电流降低负载瞬变的发生
在这个例子中，负载电流突然从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。既然负载现在吸收更少的电流，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。
如果负载电流迅速下降，它将在ESL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"(图4)。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。
 图4：负载突然下降时的VOUT
既然VOUT升高到额定值以上，反馈将最终导致控制环路关闭(或减小)电流源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：既然负载电流需求量有所降低，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额定值的速度大于从额定负载电流的80%阶跃下降到20%的负载瞬变。即使总的负载电流变化相同，建立时间(以及波形的形状)也将呈现出很大差异。
优化瞬态响应
获得最优的瞬态响应需要优化系统设计参数，下面给出设计建议。
1. 好钢用在刀刃上。大容量陶瓷电容是世界上用于降低瞬变的最佳电容，大多数主板设计上都放置了大量的陶瓷电容(容量可达22μF)，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ESL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(尽管电解电容可以提供极低的ESR)。
2. 需要在附近提供一个电荷库。陶瓷电容所能提供的电容大小有实际限制，因此通常用靠近它们的电解电容对陶瓷电容进行"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钽电容，现在因为火灾隐患方面的考虑已经避免使用该元件。三洋公司的OSCON和POSCAP以及松下公司的SP电解电容都是具有极低ESR的高容量电容。
3. 廉价的大容量电容。通常在稳压器的输入端使用大容量、低成本、同时具有高ESR的铝电解质电容。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。
4. 稳压器带宽。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，线性稳压器的速度经常明显快于开关的速度，这是因为线性稳压器的单位增益带宽可以大于500kHz(尽管由于功耗方面的约束，许多新型处理器芯片的高负载电流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。
作者：
Chester Simpson
美国国家半导体公司 | |
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