电路设计中如何解决电压跌落

问题背景

在电路设计中，我们设计一个系统的PMIC模块时，首先要考虑的就是负载功率多大、电流的最大值、电压纹波要求等，然后根据这些要求去选型，但是在有些电路中会有前提条件，比如说某些电子产品要求用USB2.0供电，但是瞬时功率肯定大于了USB2.0口的最大供电功率，下图是USB接口的供电能力。

从上图就可以看出USB 2.0接口最大输出的电功率为2.5W，USB 3.0接口输出的最大功率为4.5W。
举个栗子：
比如在一个电子系统中，我们要求模组用USB2.0供电，系统电路中有大电流负载瞬时功率为5V x 5A，这种情况下，如果电路还是按常规的电源原则设计，做出的产品一定会有问题，轻则负载不工作，重则系统不断重启或者也不工作。
遇到上面这种情况应该如何解决？

原因分析

上面举的栗子就是典型的供电功率不够，工作瞬间造成电路中关键的电压跌落，超出了某些芯片的允许的范围，在示波器上的表现如下：

图中的波形是USB接口接入板卡后，测试的5V波形，其中凹陷的地方就是电压产生的跌落。

解决方法

要解决电压跌落的问题，首先要确定是哪一部分的电路，一般情况下都是大电流的电路，可以在具体电路中进一步 确定。
确定的具体的电路模块后，就可以分析用哪种方法去补偿这些跌落，可以选择在负载供电的位置并联低ESR的钽电容或者电解电容（如果对PCB尺寸要求高，用钽电容比较合适），那么电容的容值如何确定？

满足负载续航时间的电容容量求取方法

电路正常工作时的输入功率为P，储能电容的容量为C，两端的电压为U1,则电容储存的能量为W1=C(U12)/2,其中U12 表示U1的平方。

当输入电源掉电后，经过时间t,电容两端的电压为U2,此时电容剩余电量为

W2=C(U2**2)/2

这一过程中储能电容释放的能量为

W=W1-W2=C(U12-U22)/2

他等于电路维持正常工作所需的能量

W=Pt，（即输入功率乘以时间）

所以有

C（U12-U22）/2=Pt

由此就可以得到电路维持时间t所需的最小电容容量为

C=2Pt/(U12-U22)

在实际应用中，U2是电路能够正常工作的最低输入电压。

下面举例说明：

若电路正常工作时的输入电压为12V(U1),输入功率为5W（P）,能够正常工作的最低输入电压为11V（U2）,要求输入电源掉电5ms(t)时电路仍然能够正常工作，则所需储能电容的最小电容量为

C=2Pt/（U12-U22）

=255/(122-112)

=2.174mF =2174uF

上述求取电容量的方法适用于直流电路，对于交流电路还要根据具体情况进行分析。

以上是如何解决电路中电压跌落的方案，当然也有其他可行方案，欢迎大家来讨论。