最新GHz級DSP之類的數位負載需要相當快速的暫態響應，以及相當低的電壓偏差。為達到這些目標，通常需要為DC/DC轉換器加裝多個輸出電容，讓它在回饋迴路回應前有足夠的維持時間。使用電源模組，並加裝電容以符合電壓暫態容差後，便形成一套完整的電源解決方案。

由於設計人員逐漸增加輸出電容，因此暫態幅度會降低，然而，增加電容會降低電源系統頻寬，高電能儲存的優點會被緩慢的響應時間抵消。這個做法也很有可能減少相位邊限（導致潛在性的不穩定輸出），尤其對於極低等效串聯電阻（ESR）與超低ESR電容更是如此。

電容經過多年的演進，在容積方面的效能持續提升。即使容積效能有所提升，在增加電容後，整個電源解決方案的大小往往會是單獨一個電源模組的兩倍以上。這需要大型的印刷電路板配置，不過這可能並不是經常都能夠辦到。除此之外，在增加電容的成本後，整個電源解決方案的元件成本可能是單獨的電源供應器的兩倍以上。

更快速的暫態響應

藉由創新的DC/DC電源模組技術，系統設計人員如今能夠運用較少的輸出電容，達到更快速的暫態響應及更低的電壓偏差。德州儀器的T2系列新一代PTH模組（圖一）便是其中一例，這個系列的模組結合TurboTrans技術，能夠大幅減少客戶為達到特定電壓偏差目標而使用輸出電容的需求。這項專利技術的運作方式是修改模組的控制迴路，這可讓設計人員自行調整模組，以符合特定的暫態負載需求，只需增加一個外部電阻就可以實成調整的工作。

《圖一　採用TurboTrans的T2電源模組》

在高暫態負載的應用中，TurboTrans技術能夠讓設計人員減少八倍數量的輸出電容，同時將電壓偏差降低，因此這能夠節省電容成本與印刷電路板空間。這項技術的另一項優點是提升超低ESR電容的穩定性。設計人員便能夠使用較新的Oscon輸出電容、聚合物鉭質輸出電容或所有陶瓷輸出電容，而完全不需顧慮穩定性問題。如此一來，便能夠運用可達到高溫無鉛焊錫規範的電容技術。

更快速的暫態響應與更低的電壓偏差

TurboTrans技術能夠減少增加電容以達到特定暫態目標的需求。對於額定30A之類的模組，經證實可減少高達八倍數量的電容。圖二顯示改變量為5A/μs的10A負載步階所需的50mV最大偏差暫態目標範例。第一張圖顯示以470μF的最低需求輸出電容運作，而且TurboTrans功能已關閉。電壓偏差由於暫態而達到150mV。為滿足所需的50mV偏差值，設計人員總共需要10,560μF的輸出電容，如第二張圖所示，這是未使用Turbo Trans功能的模組常見的結果。第三張圖則顯示使用TurboTrans功能的結果，其中只需要1320μF的輸出電容。

《圖二　暫態響應vs.電容》

這個範例顯示減少的電容有八倍之多。當然，減少所需的電容與使用的電容類型有關，因為每個電容類型都有各自的寄生阻抗。不同的電容類型有不同的ESR與ESL特性，低ESR電容貯電模組相當適合採用TurboTrans技術。

透過TurboTrans技術，系統設計人員如今能夠在較短的設計過程中以極低的成本使用POL模組，以達到特定的暫態負載需求。如圖三所示，這只需要在T2系列模組的VSENSE接腳與TurboTrans接腳之間接上電阻，而從資料表便能夠決定電阻的值與所需的電容數量。

《圖三　接上TurboTrans的T2系列電源模組》

許多設計人員發現可以使用所有陶瓷電容或聚合物鉭質電容，因為這些電容的體積很小，而且可達到無鉛焊錫的規範。在過去，使用這些電容會引發某些POL電源模組的穩定性疑慮。使用TurboTrans後，T2模組的穩定性會實質提升，因此可達到適切控制的暫態負載響應，如圖四所示。

《圖四　使用及不使用TurboTrans達到8A暫態負載響應的POL模組所呈現的輸出電壓偏差。》

提升效能與設計彈性

另一方面，SmartSync功能也能夠協助系統設計人員使用需要複雜電源配置設定的IC。當電源模組以不同頻率運作時，這些頻率的總和與差異所造成的拍差頻率（beat frequency）會使EMI濾波不易達成。圖五顯示兩個訊號範例，第一個訊號的頻率為300kHz，第二個訊號的頻率為301kHz。拍差頻率為1kHz。SmartSync能夠讓設計人員將多個T2模組的切換頻率同步為特定頻率，經過同步的模組可消除拍差頻率，並且使EMI濾波更容易達成。

《圖五　產生1kHz拍差頻率的兩個POL電源模組。》

SmartSync允許將同步頻率設定為高於或低於模組的一般自由運作頻率。SmartSync可用來為頻率範圍介於240到400kHz之間的T2模組進行同步，因此能夠讓此設計發揮最佳化的模組效率，也可用於不讓雜訊敏感電路出現這類頻率，以便將切換雜訊保持在特定的範圍 之外（也就是接收器的IF頻率）。可一併同步的T2模組沒有數量方面的限制。

這項技術的另一項優點是減少輸入電容。T2模組能夠以不同的相位角度進行同步（使用外部電路系統）。在某些應用中，這可平衡來源電流，並且能夠使用較小的輸入電容。

輸出調節的改善

相較於前幾代的5％容差，先進DSP如今需要更小的3％核心電壓（VCC）容差，這個容差必須包含由於靜態（DC）與動態（AC）等操作條件變更而造成的所有輸出電壓偏差。為符合這項規格，T2電源模組的設計必須達到更小1.5％之DC容差，作法包括設定點精確性、負載/線路調節、溫度變化與長時間漂移。

如果DC容差為1.5％，則由於暫態負載造成的AC偏差必須小於1.5％。T2電源模組結合相當嚴格的DC調節與TurboTrans技術，可便於將任何運作條件下的輸出電壓維持在3％的容差內。所有T2電源模組都含有差動遙感（differential remote sense），可協助在負載時維持這個高度精確性。

結語

較新的處理系統目前都需要逐漸升高的電流負載來達到更快速的暫態響應。一般的POL模組需要在裝置的輸出端增加大量電容，這意味著更高的電容成本與最大的印刷電路板空間。T2系列等新一代POL模組能夠讓電源供應設計人員只需使用單一外部電阻，就能大幅地調整模組，以達到特定的暫態負載需求。採用此類模組，最終可達到更快速的暫態響應及更低的輸出電壓偏差，同時可減少五倍到八倍數量的電容，以節省電容成本與印刷電路板空間。此外，使用超低ESR聚合物鉭質電容或陶瓷電容時的系統穩定性也會提升。

T2模組可符合新一代FPGA、ASIC和微處理器，及DSP等的建議輸出電容。結合TurboTrans技術嚴格的1.5％容差能夠維持3％的VOUT總容差，其中包括高速電流暫態造成的電壓偏差。透過TurboTrans、Smart Sync及1.5％調節等功能，T2模組不僅能夠為高效能數位電路供電，也將大幅減少所需的成本與電路板空間。

---本文作者任職於TI德州儀器---