現今， 隨著工業控制、工業電腦、車用電子，甚至伺服器的需求越來越多樣化，產品輸入電壓範圍也變得非常寬。有些應用提高輸入電壓來減少輸入電流，以減少輸入線損並提高轉換效率。新型的伺服器已可見48V輸入的需求！有些應用也使用不同電壓源來對系統供電，例如工業平板電腦使用12~36V的DC輸入或使用2~3串的鋰電組供電（ 電壓範圍6V~12.6V之間），這對於3.3V、1.8V、1.2V等較低系統電壓需用6V~36V輸入的的電源穩壓方案，就有寬輸入電壓方案的需求。另外，系統對運算速度要求越來越快，當晶片操作時脈增加，晶片對電源的穩定度要求也越來越高 。電源方案要達到此條件，快速負載響應就成為必要條件！

圖一展現定頻電壓模式降壓轉換器的架構與優缺點，這架構主要好處是普遍、控制器設計簡單和Pulse-width Modulation（PWM）三角波振幅大，降低占空比誤差；缺點是電感器與輸出電容產生雙極點，需用複雜補償迴路、補償迴路速度慢及瞬態響應差！另外，由於誤差放大器 （Error Amplifier, EA）的增益會被輸入電壓影響，要做到寬輸入電壓的設計會有挑戰！

圖二列出此架構瞬態變化相關波型。可看到當輸出電流上升，由於補償迴路延遲，輸出電壓（也反映在迴授電壓）會往下掉直到回授電路察覺這變化，開始調整占空比（Duty Cycle）。由高端閘驅動波形知道占空比在紅色區域才調整，這已落後一PWM週期！如果回授電路沒調好，反應再慢，輸出電壓降幅會更大，造成系統電壓過低而出問題！

Microchip 的Hyper Speed ControlR架構（又稱為Adaptive Constant On-Time Control架構）可在寬範圍的輸入電壓產生穩定的輸出。並對快速的負載變動有很快的頻率響應，又可簡化整體電路的設計！

接著分析Hyper Speed Control架構的優點。圖三用Microchip 的MIC2127A簡化方塊圖說明此架構組成，包括了處理輸出反饋的放大電路單元、產生固定on-time的預估電路、電流限制電路、控制邏輯與閘驅動。它的操作原理可參考圖四，圖中顯示了相關波形，當輸出電流在瞬態上升，一開始輸出電壓往下掉（也反映在回授電壓），但當迴路偵測到回授電壓低於參考電壓（ VREF）時，高端閘驅動會結束OFF時間並開啟一個固定on-time，在on-time結束後如果發現回授電壓還沒高於VREF值，表示輸出電壓還未回復；這時此架構用最小OFF時間（TOFF(min)）對高端閘驅動的電荷幫浦電路補充電荷，之後再開啟下個on-time，高端MOSFET會依固定on-time + TOFF(min) 的週期持續【開啟-關閉】直到回授與輸出電壓回到正常值！這時的PWM週期比在穩態時短 （T_transient = on-time + TOFF(min) ）。此時PWM的占空比也會開到最大（DutyCycle_transient = (on-time) / ( on-time + TOFF(min) ）。把瞬態的操作頻率與占空比同時加大，自然瞬態響應就好，達到快速負載響應的目的！

以上是對有快速負載響應，簡便設計的寬輸入電壓的降壓交換式電源方案的介紹， 並以Microchip系列產品的MIC2127A當範例來講解方案優點，詳細資訊請參考MIC2127A數據手冊：http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/20005676b.pdf

本文作者為：Microchip應用工程師經理 周中明