Buck电路动态响应分析

低压大电流是DC/DC电源应用的趋势，然而动态响应是电源设计一个关键性指标。本文将分析Buck电路动态响应影响因素。欢迎大家检查和指教。一、等效模型

1.1从轻载到重载

当ΔI>0时，电感电流不能突变，电容放电。放电电流流过ESR，并在ESR上产生压降。UESR的大小由ΔI和ESR共同决定的。放电电流斜率在ESL上产生压降。UESL的大小由ΔI/Δt和ESL共同决定。

1.2从重载到轻载

当ΔI<0时，电感电流不能突变，电容充电。

充电电流流过ESR，并在ESR上产生压降。UESR的大小由ΔI和ESR共同决定的。

充电电流斜率在ESL上产生压降。UESL的大小由ΔI/Δt和ESL共同决定。

二、仿真问题

2.1为什么输出电压过冲和跌落的峰值是不一样的？

2.1.1仿真条件仿真参数参数值L220nHESR0ESL0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.1.2仿真结果RdcUo最大值/VUo最小值/V过冲电压/V跌落电压/V01.2020.8430.2020.1575mΩ1.1830.8390.1830.16110mΩ1.1550.8350.1550.16515mΩ1.1500.8310.1500.169

以上四张仿真图形分别对应以下四种不同直流电阻Rdc下的过充和跌落电压

（a）Rdc=0

（b）Rdc=5mΩ

（c）Rdc=10mΩ

（d）Rdc=15mΩ

2.1.3仿真小结

以上仿真结果在不同输出电感的Rdc下，过冲电压和跌落电压不一样。可能原因之一是：输出电流跳变前后，电感电流有效值是不一样的。那么，在电感电阻Rdc上产生的压降也是不一样的。

2.2为什么输出电压过冲和跌落时会出现一个很大的尖峰？

2.2.1仿真条件仿真参数参数值L220nHRdc0ESL0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.2.2仿真结果

以上四张仿真图形分别对应以下四种不同电容ESR下的过充和跌落电压

（a）ESR=0.5mΩ

（b）ESR=1mΩ

（c）ESR=2mΩ

（d）ESR=4mΩ

2.2.3仿真小结ESRUo最大值/VUo最小值/V过冲电压/V跌落电压/V0.5mΩ1.2000.8430.2000.1571mΩ1.1950.8190.1950.1812mΩ1.2440.7240.2440.2764mΩ1.4050.7020.4050.298通过从上面图2仿真波形可以看出，当输出滤波电容存在较大的ESR时，负载电流突然上升，导致输出电压存在一个下降尖峰。ESR越大，尖峰越明显。

2.3为什么不同ESL对输出电压过冲或跌落影响不大？

2.3.1仿真条件仿真参数参数值L220nHRdc0ESR0C2000uFΔI100AΔt1uSfs500kHz

2.3.2仿真结果

以上四张仿真图形分别对应以下四种不同ESL下的过充和跌落电压ESLUo最大值/VUo最小值/V过冲电压/V跌落电压/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仿真小结

通过从上面仿真波形可以看出，当输出滤波电容存在ESL时，负载电流突然上升，输出电压波形变化不大。说明此时的ESL较小，也说明此时负载电流变化率不大。总结：

在Buck低压大电流电源的动态响应问题上，输出滤波电容的等效电阻ESR对过充电压和跌落电压影响较大。因为，负载变化瞬间，电容快速充放电。ESR上产生的压降不可避免。目前工艺，固态电容具有较低的ESR，可有效减小尖峰电压。

忽略电容E