電壓調(diào)節(jié)器的反饋和補償

由于帶有負(fù)反饋的控制回路，傳統(tǒng)電源和穩(wěn)壓器能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出電壓。正確實施負(fù)反饋的主要挑戰(zhàn)是提供與反饋網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的正確頻率補償。電壓調(diào)節(jié)器的初始實現(xiàn)采用用于控制和反饋電路的模擬電路。后來的技術(shù)改進使數(shù)字電路幾乎取代了穩(wěn)壓器和電源中的所有模擬功能。數(shù)字電路的結(jié)合允許開發(fā)自動補償算法以減輕電源設(shè)計工程師的負(fù)擔(dān)。自動補償是對傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重大改進，但由于電路要求確定補償參數(shù)，仍然存在一些限制。數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器控制器的最新發(fā)展創(chuàng)造了“無補償”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這些無補償設(shè)計提供了出色的電壓調(diào)節(jié)，同時消除了與確定補償參數(shù)相關(guān)的問題。

模擬電壓調(diào)節(jié)器

模擬電壓調(diào)節(jié)器要求設(shè)計工程師確定補償電阻的值然后將這些元件焊接到PCB上。離散補償組件的選擇，放置和修改增加了電力輸送設(shè)計的延遲和風(fēng)險。一些供應(yīng)商通過允許用戶選擇單個電阻器和單個電容器來補償調(diào)節(jié)器，從而簡化了補償元件選擇過程。雖然此選項簡化了用戶任務(wù)，但它降低了電源的最終負(fù)載電流瞬態(tài)行為可接受的可能性。模擬電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計和實現(xiàn)是一個手動密集型過程，因此帶來了不良風(fēng)險和成本。

圖1：模擬開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器

帶有數(shù)字封裝器的模擬穩(wěn)壓器

當(dāng)IC供應(yīng)商為模擬穩(wěn)壓器添加數(shù)字封裝器時，配置，控制和監(jiān)控某些特性的優(yōu)勢在于電源。選擇帶有數(shù)字包裝的模擬電壓調(diào)節(jié)器可以改善傳統(tǒng)模擬電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計挑戰(zhàn)和延遲，但與補償元件相關(guān)的風(fēng)險和成本仍然存在。

圖2：具有“數(shù)字包裝”的模擬開關(guān)穩(wěn)壓器

數(shù)字穩(wěn)壓器

數(shù)字穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以為用戶提供完整的可配置性，可控性和監(jiān)控能力通過軟件接口供電。許多數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器的設(shè)計方式允許用戶選擇比例，積分和微分（PID）抽頭系數(shù)而不是物理補償元件，以便為電壓調(diào)節(jié)器反饋環(huán)路提供補償。利用這些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以消除焊接（以及拆焊和再焊接）離散補償電阻器和電容器的風(fēng)險和延遲，因為PID系數(shù)作為軟件功能輸入和更改。軟件補償技術(shù)減少了與焊接組件相關(guān)的許多延遲和風(fēng)險，但設(shè)計工程師仍需要具備豐富的補償理論知識才能生成優(yōu)化設(shè)計。

圖3：數(shù)字開關(guān)穩(wěn)壓器

具有自動補償功能的數(shù)字穩(wěn)壓器

數(shù)字穩(wěn)壓器的最新進展包括采用自動補償拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需使用用戶具備補償技術(shù)方面的知識和經(jīng)驗。這些調(diào)節(jié)器能夠在向調(diào)節(jié)器供電時或在軟件命令被發(fā)送到單元以重新計算補償?shù)娜魏纹渌麜r間確定電路的最佳補償（Kp，Ki和Kd的值）。自動補償消除了與需要設(shè)計工程師確定補償值的拓?fù)湎嚓P(guān)的成本，風(fēng)險和延遲。

圖4：數(shù)字PID補償器

通過無補償設(shè)計再次實現(xiàn)補償

對于那些提供自動補償?shù)母呒墧?shù)字電壓調(diào)節(jié)器拓?fù)洌耆恍枰a償。 CUI提供基于免補償技術(shù)的數(shù)字負(fù)載點（POL）模塊系列; NDM3Z-90 POL模塊是最新的例子。這些模塊通過逐周期監(jiān)控和調(diào)整輸送到負(fù)載的電荷來確定負(fù)載電流瞬態(tài)響應(yīng)。該技術(shù)允許電壓調(diào)節(jié)器在不使用反饋環(huán)路補償?shù)那闆r下優(yōu)化調(diào)節(jié)器的每個開關(guān)周期的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。由于負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)中涉及的低延遲，無補償拓?fù)涫且豁椬吭降募夹g(shù)。除了傳統(tǒng)的較慢信號路徑之外，通過在補償器中實現(xiàn)更快的信號路徑來實現(xiàn)低延遲。逐周期電荷輸送架構(gòu)還結(jié)合了非線性瞬態(tài)響應(yīng)特性，以提供POL模塊的優(yōu)異輸出電壓調(diào)節(jié)，與使用更傳統(tǒng)的反饋環(huán)路補償所能實現(xiàn)的相比。低延遲和非線性瞬態(tài)響應(yīng)技術(shù)的一個好處是減少了所需的輸出去耦電容。去耦電容提供的瞬態(tài)控制頻率高于穩(wěn)壓器可以響應(yīng)的頻率。無補償架構(gòu)的低延遲和非線性瞬態(tài)響應(yīng)擴展了電壓調(diào)節(jié)器的有效頻率范圍，從而最大限度地減少了實現(xiàn)數(shù)字POL模塊所需瞬態(tài)響應(yīng)所需的去耦電容的數(shù)量，面積和成本。/p>

圖5：無補償數(shù)字補償器

無電源專業(yè)技術(shù)的卓越電力輸送解決方案

補償自從純模擬設(shè)計中采用手動“試錯法”以來，技術(shù)已經(jīng)走過了漫長的道路。為當(dāng)今先進的半導(dǎo)體供電的復(fù)雜性以及越來越短的設(shè)計周期推動了補償方法的發(fā)展。許多CUI數(shù)字電源模塊采用了最新的補償技術(shù)，再加上CUI提供的易于使用的圖形用戶界面，現(xiàn)在可以實現(xiàn)快速的設(shè)計周期，而無需先進的電源知識。