一般穩(wěn)壓器如圖一所示，輸入電源(Input Power, V_IN)并透過負回授(V_FB)系統(tǒng)轉換所要的輸出電壓(Output Power, V_OUT)，滿足使用者于所需的滿載(I_Load)輸出且保有穩(wěn)壓的功能，當負載電流以階梯式(step)的改變，且超出穩(wěn)壓系統(tǒng)的響應速度，則輸出電壓將有所改變，稱為穩(wěn)壓系統(tǒng)之負載瞬時反應。

圖一：一般穩(wěn)壓電源供應系統(tǒng)示意圖

首先我們得了解負載瞬時反應發(fā)生時輸出電壓會如何變化，本文將以輸出電流從輕載到重載舉例。如上述之圖一所示，討論瞬時反應時輸出電容(C_OUT)必須將其等效串聯電阻(ESR)以及等效串聯電感(ESL)加以考慮；輸出電壓變化如圖二所示，當輸出電流以階梯式的從輕載(I_Load1)到重載(I_Load2)，電流瞬間變化時除了電容放電供給輸出，等效串聯電阻會造成壓降(Dropout Voltage)以及等效串聯電感造成壓降突波(spike)，接著負回授系統(tǒng)開始反應并對輸出電容充電，最后系統(tǒng)則逐漸穩(wěn)壓，而如何實時地對輸出電容充電避免過多壓降并且迅速穩(wěn)壓則成為電源供應系統(tǒng)的重大課題。

圖二：輕載到重載之負載瞬時反應以及輸出電壓變化

接著，我們簡單介紹數字化降壓式交換電源供應器Buck Converter的基本模型，如圖三數字電路控制模型，有別于傳統(tǒng)模擬電源供應器控制回路利用誤差放大器(Error Amplifier)做補償器(Compensator)調節(jié)脈波寬度(Pulse Width Modulation,PWM)，數字化電路使用ADC及PID控制，在固定操作頻率(Switching Frequency)下滿足：

輸出電壓方程式：

其中：

使用數字化電源供應器的原因，除了利用多次儲存內存(MTP)技術與可程序化之PID控制模型，使其PID控制程序擁有多次可調整特性得以最佳化系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可舍去多余的補償電路因而簡化外部應用電路。

圖三：Buck Converter之數字控制電路

了解負載瞬時反應以及數字化降壓式電源供應器之后，接著我們來看極端的階梯式輕重載瞬時反應在各種不同降壓式交換電源供應控制模型輸出電壓的變化。首先看圖四(a)傳統(tǒng)的模擬式電壓控制模型(Voltage Mode)，在圖四(b) t1與t2之間輸出電流瞬間變大，由于此交換式電源供應器操作于固定頻率，此時為電感自放電對輸出電容充電，能量并不夠輸出電流使用，因此電容放電提供輸出能量造成電壓降，直到下個操作頻率t2才由控制回路增加Ton時間提供足夠能量給輸出電容，之后系統(tǒng)則逐漸穩(wěn)壓。基于此現象，我們希望系統(tǒng)瞬間對輸出電容充電得以提供足夠能量，由于負載瞬時反應中等效串聯電阻及等效串聯電感會瞬間造成輸出的電壓降，因此，有人提出新的模擬式固定時間控制模型(Constant On Time, COT)改善負載瞬時反應，其電路架構如圖五(a)將電壓回授(V_FB)訊號改用比較器(Comparator)與內部參考電壓(V_REF)比較，當電流瞬間變化如圖五(b)，造成輸出電壓降，脈沖寬度產生器(PWM Generator)立即反應產生一固定時間脈沖寬度，直到電壓回授訊號無壓降，系統(tǒng)快速穩(wěn)壓，此架構無固定操作頻率，其固定脈沖寬度會自動滿足上述方程式(1)，但缺點則是在選擇輸出電容時必須滿足：

輸出電容等效串聯電阻公式：

最后，我們將上述概念加入數字化電源供應器，如圖六(a)數字化負載瞬時反應技術控制電路，我們使用數字化緩存器于控制系統(tǒng)中加入遲滯電壓(ΔV_HYS)，透過ADC監(jiān)控負回授電壓與內部參考電壓比較，如圖六(b)所示，當輸出電壓降大于設定之遲滯電壓，系統(tǒng)立即于ts處調節(jié)脈波寬度瞬間對電容充電以減小電壓降，直到輸出能量足夠后，再重新激活PID控制回路達到穩(wěn)壓效果，相當于使用比較器，但數字化的好處是可利用緩存器設定遲滯電壓，擁有更好的可調整性。

圖四：(a)模擬電壓控制模型(Voltage Mode) (b) Voltage Mode輕載到重載瞬時反應

圖五：(a) 模擬固定時間控制模型(COT) (b) COT輕載到重載瞬時反應

圖六：(a) 數字瞬時反應技術控制模型(b) 數字瞬時反應技術輕載到重載瞬時反應

最后，總結數字化電源供應器負載瞬時反應技術的優(yōu)點：

(1) 經由相同的負回授訊號針對輸出電壓變化立即反應

(2) 數字化緩存器使遲滯電壓具有可程控的特性