用不到5秒的时间设计出输出阻抗完全平坦的电压调节器模块

任何涉及电源完整性的讨论都会把大量重点放在目标阻抗和平坦阻抗要求概念上。但我们怎样才能设计出具有平坦阻抗特性的电压调节器模块(VRM)呢？本文除了讨论这个特定问题外，还将介绍如何在不到5s的时间内完成这个设计。

假设你还没有计算要求的目标阻抗值，因为这是这个设计问题中的难点。如果你已经知道设计目标阻抗，那么你很幸运，因为你已进入“不到……”这一步，可以直接到第二步。我知道你很是怀疑，但既然这只是一个5s的设计，我希望你能对我耐心点，你会发现我是认真的。虽然需要花点时间解释这个过程，但最终我会向你展示如何在不到5s的时间内完成整个过程。

使用电流模式或电流模式仿真拓扑可以极大地方便设计过程，而且可以减少控制环路的复杂性。虽然有许多器件可供选择，但本文将TI公司的LM25116作为例子，不仅因为我手头有它的评估板，而且因为这个特殊的评估板只需要最少量的修改就能实现想要的平坦阻抗。LM25116是一种仿真的峰值电流模式控制器，也包含要求的斜率补偿和电流波形斜率。使用一个简单、容易计算的电容就能进行这些功能设定。

这个设计过程只需一次简单的2端口阻抗测量就能验证阻抗的平坦性，当然还有其它多种简单测量方法值得推荐。最终设计在搭建完成后还可以方便地使用片状元件微调阻抗进行优化，本文也对为何有必要做这种微调进行了讨论。

确定目标阻抗

假定你了解VRM的电压和电流要求，那就可以使用典型的目标阻抗计算值确定VRM的输出阻抗。

拿12V输入、3.3V/10A输出VRM要求作为例子，目标阻抗的计算公式是：

这是最大可允许的阻抗。为了允许元件容差,并为开关纹波和动态负载要求提供足够的裕量，目标阻抗一般被设定得低得多。最差情况分析确保不会超过最大值。在这个例子中，标称的设计目标阻抗被设为14mΩ，部分原因是为了尽量减少对评估板的修改，因为这个修改有些难度。

最关键的步骤

至此我们已经完成了大半的电压调节器模块(VRM)设计，还需要一次计算来确定基本的VRM特性——跨导。电流模式转换器是最简单的实现方式，因为它能被表示为跨导方块。VRM的输出阻抗与跨导(Gfs)直接相关，关系式是：

因为我们已知目标阻抗，所以可以根据这个公式算出Gfs。

简单的计算可以证明，这个解可以生成无限频率范围内的理想阻抗。图1是仿真原理图，图2是仿真得到的输出阻抗。

图1:70A/V的跨导源与负反馈连接在一起(注意SRC1中的负号)。SRC2是一种交流信号，用于监视与频率有关的输出阻抗。

图2：仿真结果展示了与承诺一样完全平坦的14mΩ阻抗，从而确认了阻抗和跨导之间的关系。

在理想世界中，电压调节器模块(VRM)设计真的就这么简单，到此已经设计完毕。但在现实世界中，存在一些局限和限制因素，需要再多做一些功课来解决。我们可以在几分钟内完成实际的设计，或在几秒内用仿真器自动完成这个设计过程。