負載暫態響應(Load Transient Respon)入門
暫態（transient）的定義為：「僅能維持一段短暫時間的事和物」。但隨著微處理器工作速度和電流需求量的升溫，負載電流發生暫態變化時，穩壓器要在限定範圍內維持輸出電壓的能力，就成為一個難以擺脫的困擾。典型CPU晶片對電源規範的要求，是即便負載電流在幾百奈秒（ns）內發生20或30安培的變化，電壓仍然可以保持穩定，要能夠達成這個性能指標是一件非常了不起的創舉。
暫態響應可能是電子電壓調節裡最難理解的概念之一。筆者在數年前的一個會議中聽到另一家知名半導體廠商的市場主管提出一個並不正確的陳述--他表示「敝公司新推出的穩壓器，速度快到可以讓用戶不再需要電容﹗」。
但事實上，當負載瞬間改變時（無論這個穩壓器有多快），電容依然是必要的。
總而言之，用戶必須充分理解暫態響應和它的工作原理，才能掌握從何處投入資金才能提升系統性能，以及在不犧牲暫態的情況下節省成本。
▲圖1：典型的穩壓器。
■電壓調節
幾乎所有的電子電路都需要一個穩定的電壓源，其可維持在限定的誤差範圍內，以確保正確運作（典型的CPU電路只允許公稱電壓（nominal voltage）的最大誤差不超過±3％）。此固定電壓由某些穩壓器負責供應（圖1）。
透過電阻分壓器自動檢測輸出電壓，誤差放大器不斷調整電流源，以維持輸出電壓在公稱電壓範圍內保持穩定。穩壓器必須能夠在負載電流需求量從零上升到滿載（大約為20A或更多）時，保持輸出電
壓恆定。當負載電流需求量緩慢變化時很容易做到這一點，但如負載電流〝階躍（step）〞很快的話，穩壓器將無法提供完全穩定的輸出電壓。
瞭解負載瞬間變化的關鍵點︰
1.穩壓器扮演驅動負載的壓控電流源（透過輸出端的電壓回授對電流源進行調節）的角色。由於穩壓器的電流源永遠不可能在零時間內作出變化，因此可以得出結論－如果用戶使負載電流的變化速度超過穩壓器的響應速度，輸出電壓將會發生變化。
2.在穩壓器的控制迴路對負載變化進行調整的時間間隔，負載電流變化（在先前的穩態值和新的負載電流之間）的唯一來源是輸出電容。因此，不管用戶喜歡與否，都必須加入輸出電容，以便在負載瞬間變化時維持輸出電壓恆定。系統規範規定了此時必須使用電容的數量和種類。第28届奥运会
3.穩壓器的速度當然是越快越好。穩壓器的控制迴路響應速度越快，在迴路糾正暫態前輸出電容上的電壓變化越小。因此可以看出，越快的穩壓器意味著在獲得同等“負載調節誤差範圍”的情況下能夠採用更小的輸出電容（節省了成本）。
■負載瞬間變化
為了瞭解負載暫態的工作，接下來本文將利用範例分析，當負載電流需求量接近於零的時間內，從IL1
變化到更大值（IL2）時發生負載暫態的情形。在暫態之前，穩壓器正處於穩態工作，此時IREG＝IL1，並且輸出電容沒有向外部電路輸出電流。
开学必备清单
▲圖2：電流遞增負載暫態的發生。
穩壓器的電流源（IREG）不能立即發生變化，因此在〝t＝0+〞；時刻（也就是負載電流增加到IL2的瞬間），IREG＝IL1。透過簡單節點分析得出，此時電流源需要輸出電容︰
ICOUT＝IL2－IL1我们是太阳
COUT將繼續提供電流直到控制迴路把IREG提升到IL2為止。在COUT必須提供電流的期間，隨著電容
放電，它兩側的電壓將會降低。電容的ESR（等效串聯電阻）和ESL（等效串聯電感）同樣也會使COUT兩側的電壓降低，如（圖2）所示。
輸出電壓暫態響應
所有的電容都含有等效串聯電阻（ESR）和等效串聯電感（ESL），二者都會對暫態響應產生明顯的影響。在一個遞增的電流負載變化過程中看到的輸出電壓類似（圖3）中所顯示的︰
▲圖3：負載階躍上升後的VOUT。
ESL導致電容兩側的電壓下降，該電壓震幅取決於負載暫態的上升時間︰負載變化越快，ESL 在輸出
電壓波形上產生的〝尖峰〞就會越大。該尖峰在時間上很窄，這是因為電感僅產生一個電壓以回應變化中的電流，這可以透過下面的公式得出︰
冬至问候语V＝L di/dt
當負載電流達到新值（IL2）時，ESL的電壓尖峰也就結束了。負載電流暫態的上升時間越短，電感的影響也就越大。大容量陶瓷電容的ESR和ESL都很低，它們通常用在設備的終端處，而這
不管電容提供電流還是吸收電流（用波形上的〝ESR階躍〞表示），輸出電容的ESR都會導致電壓降低。尤其要注意的是，這裡的〝ESR階躍〞是指負載暫態時調節輸出端的DC電壓變化。這意指著當針對調節電壓所必須滿足的最大允許〝電壓誤差範圍〞進行設計時，ESR成為一個關鍵性的考慮元素。
在穩壓器的電流源被控制迴路調整到新值前的時間間隔內，ESR兩側的分壓降低了輸出電壓（這段時間內COUT放電電荷量也會相對減少）。
既然這些元素導致調節後的輸出電壓降到額定值以下，那麼輸出電壓到誤差放大器的回授量使得電流源IREG充分開啟，從而迫使輸出電壓返回到公稱電壓。輸出電壓將上升並過衝超過額定值，此時迴路繼續進行調節，輸出電壓將被調整下降。這種情況下，迴路的行為非常精確地反映了相位容限（迴路穩定度）。一個經過良好補償且相位容限大於40度的線路，將產生一個迅速消失的瞬間變化，而且該
變化中僅包含一個大的偏移如（圖3）所示。相對較小的相位容限會在線路的建立行為上產生額外的〝振鈴週期（ring cycle）〞。（圖3）中的波形顯示了一個穩定性方面的〝最佳狀況〞描述，但它並非一般情況。
當控制迴路到達一個新的穩態（此時穩壓器的電流源提供的電流是IL2）時，輸出電容再次停止向電路提供電流。
遞增／遞減的負載暫態不對稱之因
浓度计算負載暫態有兩種型態︰負載電流突然增加，或者降低。前面的例子表明當負載電流突然增加時，輸出電壓如何發生變化。下面的例子將探討當負載電流突然降低時，會發生什麼情況（圖4）︰男子400米
外联专员▲圖4：電流遞減負載暫態的發生。三聚氰胺的危害
在這個例子中，負載電流突然從IL1降低到IL2。由於IREG不能立即由IL1下降到IL2，它必須繼續供應IL1大小的電流。接著因為負載現在吸收更少的電流，輸出電容必須吸收IL1和IL2之間的差值，將迫使COUT兩側的電壓升高。
如果負載電流迅速下降，它將在ESL兩側產生一個電壓尖峰，而且經過ESR流入COUT的電流也將導致一個ESR〝階躍〞（圖5）。在尖峰過後，隨著電容從吸收電流（IL1－IL2）中充電，COUT 兩側的電壓將會升高。
▲圖5：負載突然下降時的VOUT。
由於VOUT升高到額定值以上，最後將導致控制迴路關閉（或減小）電流源IREG。但因為大多數穩壓器都無法將電流吸收到它們的輸出端，VOUT只能按照COUT向負載的放電速度再次降到額定值（在IREG被減小或者關閉以後）。一旦VOUT下衝到額定值，控制迴路將試著重新開啟IREG 並使輸出迅速回轉上升，以致這個循環不斷重複直到新的穩定狀態條件。此時因為IREG等於
IL2，COUT將再次沒有電流流入。
負載遞減暫態的建立時間通常大於負載遞增暫態的建立時間，這是因為前者在COUT把過剩電壓放電給負載階段時花費了更多的時間︰既然負載電流需求量有所降低，那麼電容的放電速度就變得更加緩慢。負載遞增暫態把它的大部分時間都用在使COUT回轉上升方面，同時穩壓器在該模式下提供了最大電流（通常大於額定輸出電流）。與向負載放電時的遞減相比，當被上述大電流以正方向驅動時，COUT兩側的電壓（也就是調節輸出電壓）將會變化得更快。
這表示在大多數狀況下，對於負載從額定電流的20％階躍上升到80％的暫態來說，其輸出電壓重新建立到額定值的速度大於從額定負載電流的80％階躍下降到20％的負載暫態。即使總負載電
