DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸入端的電容在保持轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要的作用,，并有助于濾除輸入端的電磁干擾（EMI）,。DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出端的大電容則會(huì)給電源系統(tǒng)帶來艱巨的挑戰(zhàn)。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的許多下游負(fù)載需要電容才能正確工作,。這些負(fù)載可以是脈沖式功率放大器或輸入端需要電容的其它轉(zhuǎn)換器,。如果負(fù)載端的電容值超過直流電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠處理的極限,，電源系統(tǒng)的電流可能在啟動(dòng)和正常工作期間超出其最大額定值。電容還能引起電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題,，導(dǎo)致錯(cuò)誤的系統(tǒng)操作和過早的電源系統(tǒng)失效,。
遇到給大電容負(fù)載供電的情況下,，在電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)一些簡單的技術(shù)功率保持在其就能保持高效和可靠的設(shè)計(jì)?？s短啟動(dòng)時(shí)負(fù)載電容兩端施加的電壓上升時(shí)間可以使電源系統(tǒng)的電流保持在其額定范圍內(nèi),，在正常工作期間控制流入電容的充電電流可以使電源系統(tǒng)的額定范圍內(nèi)，而調(diào)整 系統(tǒng)的控制環(huán)路可以保持電源系統(tǒng)的穩(wěn)定,，并使電源系統(tǒng)的電壓保持在其額定范圍內(nèi),。
啟動(dòng)時(shí)的考慮因素
在電源系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，典型的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器都有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的上升時(shí)間,，這個(gè)時(shí)間由內(nèi)部誤差放大器基準(zhǔn)的上升時(shí)間來確定,。放置在轉(zhuǎn)換器輸出端的放電電容將呈現(xiàn)為低阻抗負(fù)載。在這種低輸出阻抗的情況下,，轉(zhuǎn)換器的少數(shù)開關(guān)周期可能導(dǎo)致電容上產(chǎn)生足夠高的電壓變化,，并迫使轉(zhuǎn)換器輸出電流超出其額定值。這個(gè)電容可以通過轉(zhuǎn)換器輸出端較高阻抗路徑進(jìn)行預(yù)充電,。這個(gè)高阻抗元件將限制進(jìn)入電容的充電電流,，直到電容被充電到一個(gè)預(yù)先定義好的電壓值。一旦達(dá)到預(yù)先定義好的電壓值,，就可以將高阻抗路徑移除或用一個(gè)低阻抗器件（如 FET）短路掉,。
轉(zhuǎn)換器可以通過這條更低阻抗的路徑提供最大額定電流。當(dāng) FET 將這條阻抗路徑短路掉時(shí),，將允許轉(zhuǎn)換器的滿幅電壓給電容充電,。FET 的導(dǎo)通時(shí)間以及電容與轉(zhuǎn)換器電壓之間的壓差決定了將電容充電到滿幅電壓所需的充電電流，因此將預(yù)定義電壓值設(shè)定為 FET 導(dǎo)通不會(huì)造成轉(zhuǎn)換器超過 其額定電流的那個(gè)點(diǎn)非常重要,。圖 1 所示的框圖可以用來將電容充電到預(yù)設(shè)的最小電壓,。U2 用于控制 FET 以便在必要時(shí)短路電阻 Z，U1 電路與 U2 一起用來設(shè)置導(dǎo)通電壓和負(fù)載使能,。
圖 1：電容預(yù)充電框圖
在啟動(dòng)時(shí),，轉(zhuǎn)換器將電容看作是負(fù)載以及電容之后的系統(tǒng)負(fù)載。如果在高阻抗預(yù)充電期間系統(tǒng)負(fù)載需要消耗來自電容的電流,，那么電容可能 就達(dá)不到預(yù)設(shè)的充電電壓,。DC-DC 轉(zhuǎn)換器的許多下游負(fù)載都有欠壓鎖定功能，在欠壓鎖定狀態(tài)它們只需很小的電流,。如果負(fù)載在預(yù)設(shè)充電電壓之上沒有欠壓鎖定功能,，那就應(yīng)該使用外部使能信號。如果負(fù)載本身是阻性的,，可以在電容充電完成后用串聯(lián)開關(guān)使能到負(fù)載的電壓,。圖 2 顯示了一個(gè)給 10mF 電容充電的系統(tǒng)的電壓和電流。
圖 2：給一個(gè) 10KuF 電容充電的 12V 直流轉(zhuǎn)換器
一旦電容被充電，負(fù)載就可以開始從電容和 DC-DC 轉(zhuǎn)換器抽取電流,。有些負(fù)載要求快速獲得電流,，如果這個(gè)要求超出了轉(zhuǎn)換器帶寬能力，電流將由電容來提供,。一旦電流由電容來提供,，電容上的電壓就會(huì)下降：
其中 Vdrop 是電容上的壓降，I 是需要的電流值,，C 是電容值,，dt 是抽取電流的時(shí)長。轉(zhuǎn)換器將把電容重新充電到最初的值,，這樣做的時(shí)候轉(zhuǎn)換器輸出電流可能超出其額定值,。轉(zhuǎn)換器和完全放電電容之間的壓差除以兩個(gè)電壓之間的電阻決定了想要的再次充電電流。為了減少系統(tǒng)損耗,，兩個(gè)電壓之間的電阻通常很低,，因此想要的再次充電電流可能高于轉(zhuǎn)換器的最大值。由于電容電壓接近轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)電壓,，超出轉(zhuǎn)換器 最大電流值也就可能意味著超過轉(zhuǎn)換器的最大功率值,。
為了防止轉(zhuǎn)換器在正常工作時(shí)超過其額定電流和額定功率，可以使用圖 3 中的電流控制框圖來控制高 di/dt 事件之后的再次充電電流,。這個(gè)電路可以監(jiān)視分流電阻上的電流,，并通過主動(dòng)調(diào)低轉(zhuǎn)換器電壓來限制再充電電流。轉(zhuǎn)換器和電容之間受限制的這個(gè)電壓差將限制電容的再充電電流,，從而保證轉(zhuǎn)換器在其電流和功率極限范圍內(nèi),。當(dāng)電容電壓上升時(shí)，轉(zhuǎn)換器電壓也隨之上升,，直至達(dá)到它的設(shè)定值,。
圖 3 所示的限流方法可以與圖 1 中的預(yù)充電方法結(jié)合起來使用，實(shí)現(xiàn)更快的啟動(dòng)過程,。預(yù)充電電路可以將電容充電到轉(zhuǎn)換器的最小調(diào)整電壓，然后轉(zhuǎn)換器再以最大額定電流給電容全速充電,?？刂戚敵鲭妷旱纳仙俾士梢赃_(dá)到控制給電容充電的電流的目的。然而,，大多數(shù) DC-DC 轉(zhuǎn)換器 都只有距它們的標(biāo)稱設(shè)定電壓很窄的控制或調(diào)整范圍,。典型的調(diào)整區(qū)間是±10%。有些制造商可以提供更寬的調(diào)整范圍,，轉(zhuǎn)換器甚至可以調(diào)低 到標(biāo)稱設(shè)定電壓的 -90%,。電壓調(diào)整范圍越小，對使能電路的要求就越低，因?yàn)橄掠呜?fù)載通常在接近它們的工作電壓最小值時(shí)具有欠壓鎖定功能,。
圖 3：外部電流限制框圖
穩(wěn)定性考慮
一旦轉(zhuǎn)換器在啟動(dòng)和工作期間被保持在其極限范圍之內(nèi),，那么接下來我們必須確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。DC-DC 轉(zhuǎn)換器輸出端的大電容可能降低系統(tǒng)的相位余量,，從而引起振鈴現(xiàn)象,。為了保證轉(zhuǎn)換器穩(wěn)定工作，必須有一個(gè)最小值的電阻與電容串聯(lián)在一起使用,。引線或?qū)Ь€電阻,、FET 和電容的等效串聯(lián)電阻都是這個(gè)電阻的有效組成部分。找到這個(gè)電阻最小值的最佳方法是使用網(wǎng)絡(luò)分析儀,，并通過運(yùn)行系統(tǒng)分析功能來判斷相位和增益的余量,。如果沒有網(wǎng)絡(luò)分析儀，也可以在系統(tǒng)中連接階躍負(fù)載來分析轉(zhuǎn)換器的電壓和電流波形,，確保沒有代表著不良穩(wěn)定性的過多振鈴,。
一旦電壓環(huán)路趨于穩(wěn)定，就可以檢查圖 3 中的電流控制環(huán)路,，分析它對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,。這個(gè)電流控制環(huán)路位于 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的控制環(huán)路內(nèi)，其帶寬應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)環(huán)路的交越頻率,，因此兩個(gè)環(huán)路不會(huì)發(fā)生交互,。在電力補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)集成在轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)換器制造商可以提供足夠的信息為電流控制環(huán)路設(shè)置一個(gè)合適的交越頻率,。一些轉(zhuǎn)換器制造商允許設(shè)計(jì)師通過調(diào)整電力控制環(huán)路來優(yōu)化特定應(yīng)用的性能,。
圖 4 顯示了一個(gè)具有外部控制環(huán)路的轉(zhuǎn)換器。這個(gè)控制環(huán)路可以經(jīng)過優(yōu)化提供峰值系統(tǒng)性能,。在電源系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間對正確系統(tǒng)工作至關(guān)重要的應(yīng)用中,，這種外部控制環(huán)路是很重要的。周期性脈沖負(fù)載應(yīng)用就是這種情況,，其中的轉(zhuǎn)換器必須在下一個(gè)電源脈沖之前給電容再次充電,。應(yīng)該用網(wǎng)絡(luò)分析儀或階躍負(fù)載測試驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。不穩(wěn)定的系統(tǒng)可能產(chǎn)生超出電源系統(tǒng)元件額定值的電壓偏移,，最終導(dǎo)致電源系統(tǒng)故障,。
圖 4