最新GHz级DSP之类的数位负载需要相当快速的暂态响应，以及​​相当低的电压偏差。为达到这些目标，通常需要为DC/DC转换器加装多个输出电容，让它在回馈回路回应前有足够的维持时间。使用电源模组，并加装电容以符合电压暂态容差后，便形成一套完整的电源解决方案。

由于设计人员逐渐增加输出电容，因此暂态幅度会降低，然而，增加电容会降低电源系统频宽，高电能储存的优点会被缓慢的响应时间抵消。这个做法也很有可能减少相位边限（导致潜在性的不稳定输出），尤其对于极低等效串联电阻（ESR）与超低ESR电容更是如此。

电容经过多年的演进，在容积方面的效能持续提升。即使容积效能有所提升，在增加电容后，整个电源解决方案的大小往往会是单独一个电源模组的两倍以上。这需要大型的印刷电路板配置，不过这可能并不是经常都能够办到。除此之外，在增加电容的成本后，整个电源解决方案的元件成本可能是单独的电源供应器的两倍以上。

更快速的暂态响应

藉由创新的DC/DC电源模组技术，系统设计人员如今能够运用较少的输出电容，达到更快速的暂态响应及更低的电压偏差。德州仪器的T2系列新一代PTH模组（图一）便是其中一例，这个系列的模组结合TurboTrans技术，能够大幅减少客户为达到特定电压偏差目标而使用输出电容的需求。这项专利技术的运作方式是修改模组的控制回路，这可让设计人员自行调整模组，以符合特定的暂态负载需求，只需增加一个外部电阻就可以实成调整的工作。

《图一　采用TurboTrans的T2电源模组》

在高暂态负载的应用中，TurboTrans技术能够让设计人员减少八倍数量的输出电容，同时将电压偏差降低，因此这能够节省电容成本与印刷电路板空间。这项技术的另一项优点是提升超低ESR电容的稳定性。设计人员便能够使用较新的Oscon输出电容、聚合物钽质输出电容或所有陶瓷输出电容，而完全不需顾虑稳定性问题。如此一来，便能够运用可达到高温无铅焊锡规范的电容技术。

更快速的暂态响应与更低的电压偏差

TurboTrans技术能够减少增加电容以达到特定暂态目标的需求。对于额定30A之类的模组，经证实可减少高达八倍数量的电容。图二显示改变量为5A/μs的10A负载步阶所需的50mV最大偏差暂态目标范例。第一张图显示以470μF的最低需求输出电容运作，而且TurboTrans功能已关闭。电压偏差由于暂态而达到150mV。为满足所需的50mV偏差值，设计人员总共需要10,560μF的输出电容，如第二张图所示，这是未使用Turbo Trans功能的模组常见的结果。第三张图则显示使用Turbo Trans功能的结果,其中只需要1320μF的输出电容。

《图二　暂态响应vs.电容》

这个范例显示减少的电容有八倍之多。当然，减少所需的电容与使用的电容类型有关，因为每个电容类型都有各自的寄生阻抗。不同的电容类型有不同的ESR与ESL特性，低ESR电容贮电模组相当适合采用TurboTrans技术。

透过TurboTrans技术，系统设计人员如今能够在较短的设计过程中以极低的成本使用POL模组，以达到特定的暂态负载需求。如图三所示，这只需要在T2系列模组的VSENSE接脚与TurboTrans接脚之间接上电阻，而从资料表便能够决定电阻的值与所需的电容数量。

《图三　接上TurboTrans的T2系列电源模组》

许多设计人员发现可以使用所有陶瓷电容或聚合物钽质电容，因为这些电容的体积很小，而且可达到无铅焊锡的规范。在过去，使用这些电容会引发某些POL电源模组的稳定性疑虑。使用TurboTrans后，T2模组的稳定性会实质提升，因此可达到适切控制的暂态负载响应，如图四所示。

《图四 使用及不使用Turbo Trans达到8A暂态负载响应的POL模组所呈现的输出电压偏差。 》

提升效能与设计弹性

另一方面，SmartSync功能也能够协助系统设计人员使用需要复杂电源配置设定的IC。当电源模组以不同频率运作时，这些频率的总和与差异所造成的拍差频率（beat frequency）会使EMI滤波不易达成。图五显示两个讯号范例，第一个讯号的频率为300kHz，第二个讯号的频率为301kHz。拍差频率为1kHz。 SmartSync能够让设计人员将多个T2模组的切换频率同步为特定频率，经过同步的模组可消除拍差频率，并且使EMI滤波更容易达成。

《图五　产生1kHz拍差频率的两个POL电源模组。 》

SmartSync允许将同步频率设定为高于或低于模组的一般自由运作频率。 SmartSync可用来为频率范围介于240到400kHz之间的T2模组进行同步，因此能够让此设计发挥最佳化的模组效率，也可用于不让杂讯敏感电路出现这类频率，以便将切换杂讯保持在特定的范围之外（也就是接收器的IF频率）。可一并同步的​​T2模组没有数量方面的限制。

这项技术的另一项优点是减少输入电容。 T2模组能够以不同的相位角度进行同步（使用外部电路系统）。在某些应用中，这可平衡来源电流，并且能够使用较小的输入电容。

输出调节的改善

相较于前几代的5％容差，先进DSP如今需要更小的3％核心电压（VCC）容差，这个容差必须包含由于静态（DC）与动态（AC）等操作条件变更而造成的所有输出电压偏差。为符合这项规格，T2电源模组的设计必须达到更小1.5％之DC容差，作法包括设定点精确性、负载/线路调节、温度变化与长时间漂移。

如果DC容差为1.5％，则由于暂态负载造成的AC偏差必须小于1.5％。 T2电源模组结合相当严格的DC调节与TurboTrans技术，可便于将任何运作条件下的输出电压维持在3％的容差内。所有T2电源模组都含有差动遥感（differential remote sense），可协助在负载时维持这个高度精确性。

结语

较新的处理系统目前都需要逐渐升高的电流负载来达到更快速的暂态响应。一般的POL模组需要在装置的输出端增加大量电容，这意味着更高的电容成本与最大的印刷电路板空间。 T2系列等新一代POL模组能够让电源供应设计人员只需使用单一外部电阻，就能大幅地调整模组，以达到特定的暂态负载需求。采用此类模组，最终可达到更快速的暂态响应及更低的输出电压偏差，同时可减少五倍到八倍数量的电容，以节省电容成本与印刷电路板空间。此外，使用超低ESR聚合物钽质电容或陶瓷电容时的系统稳定性也会提升。

T2模组可符合新一代FPGA、ASIC和微处理器，及DSP等的建议输出电容。结合TurboTrans技术严格的1.5％容差能够维持3％的VOUT总容差，其中包括高速电流暂态造成的电压偏差。透过TurboTrans、Smart Sync及1.5％调节等功能，T2模组不仅能够为高效能数位电路供电，也将大幅减少所需的成本与电路板空间。

---本文作者任职于TI德州仪器---