Buck電路動態(tài)響應(yīng)分析

低壓大電流是DC/DC電源應(yīng)用的趨勢，然而動態(tài)響應(yīng)是電源設(shè)計一個關(guān)鍵性指標(biāo)。本文將分析Buck電路動態(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，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，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仿真條件仿真參數(shù)參數(shù)值L220nHESR0ESL0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.1.2仿真結(jié)果RdcUo最大值/VUo最小值/V過沖電壓/V跌落電壓/V01.2020.8430.2020.1575mΩ1.1830.8390.1830.16110mΩ1.1550.8350.1550.16515mΩ1.1500.8310.1500.169

以上四張仿真圖形分別對應(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?？赡茉蛑皇牵狠敵鲭娏魈兦昂?，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會出現(xiàn)一個很大的尖峰？

2.2.1仿真條件仿真參數(shù)參數(shù)值L220nHRdc0ESL0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.2.2仿真結(jié)果

以上四張仿真圖形分別對應(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)ESRUo最大值/VUo最小值/V過沖電壓/V跌落電壓/V0.5mΩ1.2000.8430.2000.1571mΩ1.1950.8190.1950.1812mΩ1.2440.7240.2440.2764mΩ1.4050.7020.4050.298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，負(fù)載電流突然上升，導(dǎo)致輸出電壓存在一個下降尖峰。ESR越大，尖峰越明顯。

2.3為什么不同ESL對輸出電壓過沖或跌落影響不大？

2.3.1仿真條件仿真參數(shù)參數(shù)值L220nHRdc0ESR0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.3.2仿真結(jié)果

以上四張仿真圖形分別對應(yīng)以下四種不同ESL下的過充和跌落電壓ESLUo最大值/VUo最小值/V過沖電壓/V跌落電壓/V10nH1.2000.8430.2000.15720nH1.2000.8430.2000.15740nH1.2000.8430.2000.15780nH1.2000.8430.2000.157

（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，負(fù)載電流突然上升，輸出電壓波形變化不大。說明此時的ESL較小，也說明此時負(fù)載電流變化率不大。總結(jié)：

在Buck低壓大電流電源的動態(tài)響應(yīng)問題上，輸出濾波電容的等效電阻ESR對過充電壓和跌落電壓影響較大。因為，負(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E