| 1 引言
随着毫米波技术的发展， 对开关电源的性能提出了更高的要求。除了要求电源系统具有输出电压精度高、输出纹波低、输出过冲小的特点外， 还要求电源具有快速的动态响应。动态响应指标对应的是电源脉冲负载问题。由于开关电源具有有限的响应速度， 对于突变的负载， 电源系统不能及时响应输出的变化， 造成输出电压的跌落。在用于脉冲负载的电源系统中， 维持输出电压的稳定是相当困难的。
本文通过对脉冲负载的机理进行理论分析， 对传统的开关电源拓扑结构进行分析、仿真、计算， 找出不同结构之间实现脉冲负载的差异； 得到能够实现中小功率脉冲负载的拓扑结构。通过设计实例，证明了该结构的优点。
2 脉冲负载原理与仿真
2. 1 脉冲负载原理
基于脉冲负载的开关电源结构如图1 所示。整个结构由输入电压VIN 、功率变换PWM、输出滤波电感L 和输出滤波电容C 、脉冲开关G、负载RLOAD组成。滤波电容包含等效电阻Cesr 和等效功率电感Cesl。
图1 基于脉冲负载的开关电源
电路基本原理是： PWM 控制单元将输入电压VIN 转换为固定的输出VOUT ， 输出连接一个PMOS开关管， 通过脉冲信号， 将功率传输到负载； 此时， 流过负载RLOAD 的电流是脉动的。
在控制脉冲到来时， 功率开关管G 导通， 负载电流开始线性增加， 如图2 所示。输出电流从0 A开始， 在T r 时间内， 上升到固定输出电流I out 。 通常， T r 为纳秒级。开关电源的开关频率通常为几百kHz。在这样短的时间内， 由于开关电源的控制回路存在延迟， 来不及反映输出电压的变化情况， 不能将输入电源的能量传递到输出电容， 以便补充负载从电容上消耗的能量。换句话说， 在T r 时间内， 负载所消耗模压电感生产商的能量只能从电容上拉取。
图2 负载电流上升时序
由于电容在高频下等效为电容和电阻、贴片功率电感的串联模型， 所以， 在T r 时间段内， 负载电容上的电压跌落应该是电容和等效电阻、等效电感三者共同作用的结果。由电荷相等公式（ 1） ， 可得电容产生的跌落电压（ （ 2） 式） ：
式中，表示在电流上升过程中三角形的面积。
电阻产生的跌落可由（ 3） 式得到：
&nb功率电感生产厂sp;
电感产生的跌落可以由（ 4） 式得到：
在Tr 时间段内， 由负载突变造成的输出电压跌落为：
在负载电流达到最大值后， 电容上的电压继续跌落， 直到反馈系统开始工作， 电感的平均电流等于负载电流时， 电容上面的电压才开始回升。反馈系统开始工作， 取决于反馈系统的响应速度， 也就是取决于整个电源环路的带宽。假设整个环路的的交叉频率为f 。， 输出电压的跌落可以通过交叉频率f 处的输出滤波电容的容抗计算 。输出电容在交叉频率处的容抗为：
故由反馈环路引起的电压跌落可以由（ 6） 式得到：
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