電壓調節器的反饋和補償

由于帶有負反饋的控制回路，傳統電源和穩壓器能夠產生穩定的輸出電壓。正確實施負反饋的主要挑戰是提供與反饋網絡相關的正確頻率補償。電壓調節器的初始實現采用用于控制和反饋電路的模擬電路。后來的技術改進使數字電路幾乎取代了穩壓器和電源中的所有模擬功能。數字電路的結合允許開發自動補償算法以減輕電源設計工程師的負擔。自動補償是對傳統拓撲結構的重大改進，但由于電路要求確定補償參數，仍然存在一些限制。數字電壓調節器控制器的最新發展創造了“無補償”拓撲結構。這些無補償設計提供了出色的電壓調節，同時消除了與確定補償參數相關的問題。

模擬電壓調節器

模擬電壓調節器要求設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計的延遲和風險。一些供應商通過允許用戶選擇單個電阻器和單個電容器來補償調節器，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，但它降低了電源的最終負載電流瞬態行為可接受的可能性。模擬電壓調節器的設計和實現是一個手動密集型過程，因此帶來了不良風險和成本。

圖1：模擬開關電壓調節器

帶有數字封裝器的模擬穩壓器

當IC供應商為模擬穩壓器添加數字封裝器時，配置，控制和監控某些特性的優勢在于電源。選擇帶有數字包裝的模擬電壓調節器可以改善傳統模擬電壓調節器的設計挑戰和延遲，但與補償元件相關的風險和成本仍然存在。

圖2：具有“數字包裝”的模擬開關穩壓器

數字穩壓器

數字穩壓器拓撲結構可以為用戶提供完整的可配置性，可控性和監控能力通過軟件接口供電。許多數字電壓調節器的設計方式允許用戶選擇比例，積分和微分（PID）抽頭系數而不是物理補償元件，以便為電壓調節器反饋環路提供補償。利用這些拓撲結構，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險和延遲，因為PID系數作為軟件功能輸入和更改。軟件補償技術減少了與焊接組件相關的許多延遲和風險，但設計工程師仍需要具備豐富的補償理論知識才能生成優化設計。

圖3：數字開關穩壓器

具有自動補償功能的數字穩壓器

數字穩壓器的最新進展包括采用自動補償拓撲結構，無需使用用戶具備補償技術方面的知識和經驗。這些調節器能夠在向調節器供電時或在軟件命令被發送到單元以重新計算補償的任何其他時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計工程師確定補償值的拓撲相關的成本，風險和延遲。

圖4：數字PID補償器

通過無補償設計再次實現補償

對于那些提供自動補償的高級數字電壓調節器拓撲，完全不需要補償。 CUI提供基于免補償技術的數字負載點（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控和調整輸送到負載的電荷來確定負載電流瞬態響應。該技術允許電壓調節器在不使用反饋環路補償的情況下優化調節器的每個開關周期的負載瞬態響應。由于負載瞬態響應中涉及的低延遲，無補償拓撲是一項卓越的技術。除了傳統的較慢信號路徑之外，通過在補償器中實現更快的信號路徑來實現低延遲。逐周期電荷輸送架構還結合了非線性瞬態響應特性，以提供POL模塊的優異輸出電壓調節，與使用更傳統的反饋環路補償所能實現的相比。低延遲和非線性瞬態響應技術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控制頻率高于穩壓器可以響應的頻率。無補償架構的低延遲和非線性瞬態響應擴展了電壓調節器的有效頻率范圍，從而最大限度地減少了實現數字POL模塊所需瞬態響應所需的去耦電容的數量，面積和成本。/p>

圖5：無補償數字補償器

無電源專業技術的卓越電力輸送解決方案

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