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无补偿稳压器:数字补偿的持续发展

2019-03-13

电压调节器的反馈和补偿Cf9电子头条

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传统的电源和稳压器能够产生稳定的输出电压,因为控制回路的结合带有负反馈。正确实施负反馈的主要挑战是提供与反馈网络相关的正确频率补偿。电压调节器的初始实现采用用于控制和反馈电路的模拟电路。后来的技术改进使数字电路几乎取代了稳压器和电源中的所有模拟功能。数字电路的结合允许开发自动补偿算法以减轻电源设计工程师的负担。自动补偿是对传统拓扑结构的重大改进,但由于电路要求确定补偿参数,仍然存在一些限制。数字电压调节器控制器的最新发展创造了“无补偿”拓扑结构。这些无补偿设计可提供出色的电压调节,同时消除了与确定补偿参数相关的问题。Cf9电子头条

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模拟稳压器Cf9电子头条

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模拟稳压器要求设计工程师确定补偿电阻和电容的值,然后将这些元件焊接到PCB上。离散补偿组件的选择,放置和修改增加了电力输送设计的延迟和风险。一些供应商通过允许用户选择单个电阻器和单个电容器来补偿调节器,从而简化了补偿元件选择过程。虽然此选项简化了用户任务,但它降低了电源的最终负载电流瞬态行为可接受的可能性。模拟电压调节器的设计和实施是手动密集的过程,因此带来不希望的风险和成本。Cf9电子头条

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图1:模拟开关稳压器Cf9电子头条

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带数字封装的模拟稳压器Cf9电子头条

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当IC供应商将数字封装器添加到模拟稳压器时,配置,控制和监控电源的某些特性的能力是有益的。选择带有数字封装的模拟稳压器可以改善传统模拟稳压器设计中的挑战和延迟,但仍然存在与补偿元件相关的风险和成本。Cf9电子头条

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图2:带有'数字包装器的模拟开关稳压器Cf9电子头条

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数字电压调节器Cf9电子头条

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数字电压调节器拓扑结构允许用户通过软件接口完成电源的可配置性,可控性和监控能力。许多数字电压调节器的设计方式允许用户选择比例,积分和微分(PID)抽头系数而不是物理补偿元件,以便为电压调节器反馈环路提供补偿。利用这些拓扑结构,可以消除焊接(以及拆焊和再焊接)离散补偿电阻器和电容器的风险和延迟,因为PID系数作为软件功能输入和更改。Cf9电子头条

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图3:数字开关稳压器Cf9电子头条

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具有自动补偿功能的数字稳压器Cf9电子头条

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数字电压调节器的最新进展包括结合自动补偿拓扑,消除了用户对补偿技术的知识和经验的需要。这些调节器能够在向调节器供电时或在软件命令被发送到单元以重新计算补偿的任何其他时间确定电路的最佳补偿(Kp,Ki和Kd的值)。自动补偿消除了与需要设计工程师确定补偿值的拓扑相关的成本,风险和延迟。Cf9电子头条

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图4 - 数字PID补偿器Cf9电子头条

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补偿随着无补偿设计再次演变Cf9电子头条

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对于那些提供自动补偿功能的高级数字电压调节器拓扑结构,根本不需要补偿。CUI提供基于免补偿技术的数字负载点(POL)模块系列; 在NDM3Z-90POL模块是最新的例子。这些模块通过逐个周期地监控和调整输送到负载的电荷来确定负载电流瞬态响应。该技术允许电压调节器在不使用反馈环路补偿的情况下优化调节器的每个开关周期的负载瞬态响应。由于负载瞬态响应中涉及的低延迟,无补偿拓扑是一项卓越的技术。除了传统的较慢信号路径之外,通过在补偿器中实现更快的信号路径来实现低等待时间。逐周期电荷输送架构还结合了非线性瞬态响应特性,以提供POL模块的优异输出电压调节,与使用更传统的反馈环路补偿所能实现的相比。低延迟和非线性瞬态响应技术的一个好处是减少了所需的输出去耦电容。去耦电容可在高于电压调节器响应的频率提供瞬态控制。无补偿架构的低延迟和非线性瞬态响应扩展了电压调节器的有效频率范围,从而最小化了实现数字POL模块的期望瞬态响应所需的去耦电容器的数量,面积和成本。低延迟和非线性瞬态响应技术的一个好处是减少了所需的输出去耦电容。去耦电容可在高于电压调节器响应的频率提供瞬态控制。无补偿架构的低延迟和非线性瞬态响应扩展了电压调节器的有效频率范围,从而最小化了实现数字POL模块的期望瞬态响应所需的去耦电容器的数量,面积和成本。低延迟和非线性瞬态响应技术的一个好处是减少了所需的输出去耦电容。去耦电容可在高于电压调节器响应的频率提供瞬态控制。无补偿架构的低延迟和非线性瞬态响应扩展了电压调节器的有效频率范围,从而最小化了实现数字POL模块的期望瞬态响应所需的去耦电容器的数量,面积和成本。Cf9电子头条

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图5:无补偿数字补偿器Cf9电子头条

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无电源专业技术的卓越供电解决方案Cf9电子头条

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自纯模拟设计中采用手动“试错法”以来,补偿技术已经走过了漫长的道路。为当今先进的半导体供电的复杂性加上越来越短的设计周期推动了补偿方法的发展。许多CUI数字电源模块采用了最新的补偿技术,再加上CUI提供的易于使用的图形用户界面,现在可以实现快速的设计周期,而无需先进的电源知识。 Cf9电子头条