前言

同步降压型开关电源具有输出电流大、效率高等优点，适合电池供电、注重效率的笔记本电脑等产品。一般笔记本电脑各部分组件，如CPU、芯片组、绘图芯片、内存、硬盘、光驱等，对电源电压/电流的要求不同。因此笔记本电脑内需要多路降压型DC/DC转换器产生不同的输出电压/电流，这些DC/DC转换器大多采用脉冲宽度调制（PWM）。

随着半导体技术的进步，笔记本电脑内各组件（如CPU）的工作频率增长很快，负载瞬态电流的变化较大，因此对电源的要求也日趋严格，除高效率外，对瞬间负载变化也要求保证足够的响应速度。若采用传统的固定频率PWM结构，需要较大的输出电容以响应负载的瞬态变化。这将增加组件成本、同时也占用较大板尺寸。本文主要介绍新型Quick PWM的架构，它能够在较小的输出电容时快速响应负载的变化。本文以MAX1999、MAX1907、MAX1987为实例，计算探讨单相、双相Quick PWM的动态负载响应特性。

Quick PWM与固定PWM的比较

同步整流降压型DC/DC转换器的基本应用电路，传统的PWM为固定频率PWM架构，控制器内部具有一个固定频率振荡器，电源控制器的开关周期为一固定值，通过调整占空比保证稳定的输出电压，当负载瞬间增大时，这种结构无法立即响应负载的变化，需要一个完整的周期后才能驱动新的开关动作调整输出电压，最大等待时间为T=(1-D)/F，其中D为占空比，F为开关频率。例如，输入电压Vin=12V，输出电压Vout=1.2V，开关频率F=300kHz，其最大等待时间为(1-1.2/12)/300kHz=3.0 s，因为等待时间较长，需要较大的输出电容维持稳定的输出电压。负载瞬间增大时，晶体管与电感连接点(Lx)的波形。

Quick PWM有别于传统PWM架构，其内部不具有固定频率振荡器，内部高边MOSFET（Q1）导通时间(Ton)为一固定值，负载瞬间增大时能快速缩短高边MOSFET的断开时间(Toff)，高边MOSFET断开时间（Toff）最小值一般为400ns，最大响应时间为Toff的最小值(即400ns)。由此值可知Quick PWM响应速度远远高于固定频率PWM的响应时间(约3 s)。因此利用Quick PWM设计电路，使用较小的输出电容便可达到快速负载响应的效果。Quick PWM在动态负载瞬间增大时的响应波形。

固定频率PWM及Quick PWM负载瞬间减小的计算

若是负载瞬间减少，固定频率PWM与Quick PWM两种架构输出电压增大量(Vsoar)相同，因为低边MOSFET会持续导通，直到电压恢复到设定值，在此期间电感剩余的能量会持续输出到电容端，根据能量守恒可计算输出电压增大值(Vsoar)：

\frac{1}{2}·Co·(Vo+Vsoar)^{2}-\frac{1}{2}·Co·Vo^{2}=\frac{1}{2}·L· I_{LOAO^{2}}

因 Vsoar<

Vsoar≈\frac{L· I_{LOAO^{2}}}{2·Co}

单相Quick PWM负载瞬间增加的计算

本节讨论单相Quick PWM 在负载瞬间增加时输出电压下降的理论值(Vsag)。开始计算之前，需对电感电流波形进行分析，利用电感电流波形可简化理论推导。Quick PWM DC/DC转换器工作时电感电流为三角波，高边MOSFET导通时，电感电流持续增加。如果负载固定，电感电流上升的安培数与下降的安培数相等，此时电感电流平均值等于负载电流。一旦负载瞬间增加，Quick PWM快速响应，提前结束低边MOSFET的导通时间，打开高边MOSFET，经过固定的导通时间Ton后，低边MOSFET导通，经过最短的Toff（约400ns）后，便可再次启动高边MOSFET导通，此时电感电流为一连续增大的三角波。图4表示单相Quick PWM当负载电流瞬间增加时的电感电流波形。

图4-1（图略）为一个开关周期内电感电流的放大图，高边MOSFET导通时，电感电流上升值为：

I_{LDC}=\frac{Vi-Vo}{L}·Ton (1)

当低边MOSFET导通时，电感电流下降值为：

I_{LToff}=\frac{Vo}{L}·Toff (2)

电感电流上升斜率为：

I_{L}/ t=\frac{ I_{LTon}- I_{LToff(min)}}{Ton+Toff(min)}=\frac{((Vi-Vo)·Ton-Vo·Toff(min))}{L·(Ton+Toff(min)) (3)

电感电流直流偏移：

I_{Ldc}=\frac{Vi·Ton·Toff(min)}{2L·(Tom+Toff(min))} (4)

由此式可知Toff(min)愈小或电感值愈小，电感电流上升愈快。

电感电流上升过程中输出电容Co需提供电流至负载，以符合负载电流的需求，将输出电流对时间积分，可得输出电容损失的电荷量，进而可推导出输出电压下降值(Vsag)。图5（图略）为负载电流瞬间增加值以及电感、电容的电流波形，Tresp为Quick PWMTM控制器的响应时间，此时输出电容需提供全部负载电流的瞬间增加值。Tresp一般为100ns，但若低边MOSFET未达Toff(min)的话，需等待达到Toff(min)后才可启动切换周期，MAX1718、MAX1907的Toff(min)为400ns。

Tramp为电感电流的上升时间，此时电容的输出电流会逐步减少。