阶跃负载和斜率

简化电源排序 (XAPP1375)

Document ID
XAPP1375
Release Date
2023-04-27
Revision
1.1 简体中文

调查供电解决方案和排序时,考量供电网络 (PDN) 的斜率和阶跃负载至关重要。启用 VRM 输出并应用于负载时,电源的电压斜率是电压随时间改变的比率 (ΔV∕ΔT)。电压斜率可判定负载上出现的电压过冲量和下冲量,而过冲和下冲主要是由于控制电路尝试达到目标电压的过程中存在争用条件而导致的。重要的是在任意供电设计中对此过冲和下冲予以补偿,以免违反目标器件的 AC/DC 规格。

图 1. 由于电压缓升而导致的电压过冲和下冲

典型设计中的电压斜率范围可介于数微秒 (µS) 到数毫秒 (mS) 之间。请参阅相应的数据手册以了解电压时序规格。许多 VRM 都整合了软启动功能特性,允许使用电容器值来延迟输出电压的缓升,该值与延迟值成比例。该功能特性也可用于对供电时序进行排序或控制。

在瞬态事件期间,负载上的电流需求会激增,VRM 的控制循环需响应电流增加而导致的电压变化。这会导致电压垂降,随后产生过冲,直至 VRM 有足够时间能解决输出电压问题为止。配电网络会对电源设计响应负载或自适应 SoC 的电流需求瞬时激增的能力产生巨大影响。下图提供了构成瞬态响应的 PDN 各阶段的概览。在大型 PDN 中有多个有助于缓解这些影响的电容器库,例如,片上电容、封装电容、板载电容和 VRM 大容量电容。
图 2. 典型配电网络

在微秒范围内,片上电容使用其电荷来维持电压,因为它是首个响应瞬态事件的电容,随后是封装电容和板载电容。由于瞬态事件的瞬时性质,VRM 控制电路需要更多时间才能响应不断变化的需求,通过 VRM 上的输出电容即可缓解电压垂降。