基于LDO电荷泵的高效DC-DC电源瞬态响应优化

本文主要探讨了如何通过创新设计提升DC-DC电源的快速瞬态响应性能。在传统的DC-DC电源系统中，为了满足新一代微处理器、DSP和SOC等设备对低功耗、低电压和快速负载变化适应性的需求，提高瞬态响应成为关键挑战。现有的DC-DC电压变换器，特别是交换式转换器，通常依赖电感来存储能量，但在负载电流大幅度变化时，电感的电流响应速度受限，导致输出电压波动大且恢复时间长。 作者提出的新型电荷泵结构正是针对这一问题。这种结构将电荷泵与主开关电源模块和低压差稳压器（LDO）模块相结合。主开关电源模块始终在线工作，提供基本的稳态电源支持。而LDO模块在稳态时，由于包含功率管、误差放大器和反馈环路，其工作状态较低，从而节省能源；当负载电流发生突发变化时，LDO模块启动，通过功率管的充放电作用，迅速调整输出电流，确保负载电流快速恢复并保持输出电压稳定在设定阈值内，防止电压过冲。 该设计的优势在于能够在不牺牲转换效率的前提下，显著增强电源的瞬态响应能力。与传统的改善环路控制技术相比，它在负载电流大幅变化时表现更佳，避免了反馈环路饱和带来的输出电压不稳定。通过动态调整输出电感和利用辅助电荷泵，系统能够更有效地管理能量传输，特别是在瞬态条件下，提高了整个DC-DC电源系统的性能。 本文还展示了通过仿真验证了这种新型电荷泵在实际应用中的有效性，尤其是在负载电流大幅度波动时，能够有效地减小输出电压的瞬态响应时间，满足高性能电源对输出电压稳定性的严苛要求。这一研究成果对于电力自动化设备以及电子、电器和家电领域的电源设计具有重要的实用价值。