电源模块(VRM)
我们知道:电源模块决定了电源分配网络的低频阻抗(KHz级别)。
所有的电源模块都会有一个输出阻抗曲线,如左下图所示,电源模块起作用的频段在0~4KHz左右。
为什么电源模块的作用是KHz级别呢?
这是因为电源模块的电流输出调整的响应是有受限的,而非是瞬时的。举个例子,某个开关电源最大能输出10A电流,但并不是说开关电源能瞬时输出10A电流,而是通过开关电源的环路(负反馈系统)进行调整,逐渐输出至10A。这跟开关电源环路带宽(一般环路带宽为几K)有关,同时也跟开关频率有关。后续“开关电源设计”相关文章详细介绍。
如上图所示,在4KHz以后的电源分配网络阻抗曲线与双电容模型一致,这说明在0~4K频段主要受到了电源模块的影响。
我们根据电源模块的作用频段,将电源分配网络(PDN)划分成3部分:
1. 在 < 1KHz时:若电源模块开启,输出阻抗会下降几个数量级,输出电压保持恒定,与其电流负载无关。
2. 在1KHz到4KHz时:阻抗不断增加, 4KHz时阻抗与电容其的阻抗相匹配。
3. 在 > 4KHz时:电源分配网络阻抗完全由无源电容所决定,电源模块不起作用。
所以所需滤波电容(电解电容)的总容量,可以通过电压模块不能维持低阻抗频率处(1KHz)的目标阻抗去估算:
Cbulk > 1/(Ztarget*2π*1KHz) = 160uF/Ztarget。
但在实际应用中,开关电源的输出阻抗模型很难获得,我们假设开关电源设计合理稳定:通过电源动态响应、环路稳定性、纹波电压等测试。来保证在低频段区域满足电源响应的要求。
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