DC-DC负载瞬态响应问题的解决思路
DC-DC负载瞬态响应问题的解决思路
工作中遇到一个负载存在高负载和空载两种状态，周期频率约为10Hz。但是帧与帧间隔时间并非固定，存在三种时间长度：500us、1400us、2300us。这导致在负载状态切换的时候，高压的恢复程度存在差异，从而影响到了产品的一致性。
图1展示了较长帧间隔的高压变化波形，而图2则展示了较短帧间隔的高压变化波形。
图1：较长帧间隔的高压变化波形
图2：较短帧间隔的高压变化波形
常规解决方案尝试
该问题基本可以定位是DC-DC电源芯片瞬态响应不足导致。常规提升瞬态响应的思路是修改前馈电容的大小，将上述1nF的前馈电容改为10nF。效果如下图所示：
图3：较长帧间隔10nF前馈电容的高压波形
图4：较短帧间隔10nF前馈电容的高压波形
可以看到修改前馈电容后电压的恢复速度变缓，高压的稳定性提高；但是空载情况下的电压仍然存在较大的过冲，且不同帧间隔，高压的回复速度也存在差异，因此上述思路不能解决该问题。
进一步分析与尝试
通过测试DC-DC电源芯片的SW引脚波形，发现在空载时SW存在停止开关的状态，即这时的电压上升是负载调节失控导致的，负载的瞬态响应很差。
图5：HV和SW的电压波形
（注意：示波器图片上方的缩略图里可以看出，每帧之间SW停止的时间长度存在明显差异）
由于这个DC-DC芯片是固定PWM频率，调节占空比来调节高压的，尝试通过修改开关频率来改善这个问题。首先尝试提高PWM频率，发现效果反而更差。然后尝试降低PWM频率至150KHz：
图6：将开关频率由500KHz降低至150KHz
从结果上看，SW可以保证在空载时仍稳定开关，但是150KHz的频率有点太低了，开关的振荡使得电感开始啸叫，对于这样的结果并不是非常满意。
最终解决方案
通过查阅资料，发现了一个被忽略的功能引脚ITH（有的厂商称为COMP）。在datasheet中描述为：误差放大器输出，并输入到电流比较器输出开关，将频率补偿元件连接到该引脚。
现有的COMP引脚的RC参数是1Kohm和0.1uF。文献提出增大RC常数可以提高负载瞬态响应速度。恢复开关频率至500K，固定电容值，修改1K电阻为5K，得到SW波形如图7所示：
图7：将电阻值调整为5K时的SW波形
继续调大到10K，SW波形如图：
图8：将电阻值调整为10K时的SW波形
再看一下高压的波形：
图9：优化后的高压波形
优化后的高压波形非常稳定，负载的变化也没让电压变化超过500mv，且后面负载抖动导致的纹波也不足100mv，达到了理想的效果。
总结
优化负载瞬态响应的方法其实很多，很多人提到这个大多会想到在功率电感、开关频率、前馈电容这三个方面去调节，而忽略COMP/ITH这个误差放大器，它的参数选择也很重要！另外，不要直接就搬运其它项目上的电路参数，不同的情况还是要找到适合自己应用的参数。