无补偿电压调节器推动数字补偿技术的发展

电压调节器的反馈和补偿

由于带有负反馈的控制回路，传统电源和稳压器能够产生稳定的输出电压。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。这些无补偿设计提供了出色的电压调节，同时消除了与确定补偿参数相关的问题。

模拟电压调节器

模拟电压调节器要求设计工程师确定补偿电阻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现是一个手动密集型过程，因此带来了不良风险和成本。

图1：模拟开关电压调节器

带有数字封装器的模拟稳压器

当IC供应商为模拟稳压器添加数字封装器时，配置，控制和监控某些特性的优势在于电源。选择带有数字包装的模拟电压调节器可以改善传统模拟电压调节器的设计挑战和延迟，但与补偿元件相关的风险和成本仍然存在。

图2：具有“数字包装”的模拟开关稳压器

数字稳压器

数字稳压器拓扑结构可以为用户提供完整的可配置性，可控性和监控能力通过软件接口供电。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。软件补偿技术减少了与焊接组件相关的许多延迟和风险，但设计工程师仍需要具备丰富的补偿理论知识才能生成优化设计。

图3：数字开关稳压器

具有自动补偿功能的数字稳压器

数字稳压器的最新进展包括采用自动补偿拓扑结构，无需使用用户具备补偿技术方面的知识和经验。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。

图4：数字PID补偿器

通过无补偿设计再次实现补偿

对于那些提供自动补偿的高级数字电压调节器拓扑，完全不需要补偿。 CUI提供基于免补偿技术的数字负载点（POL）模块系列; NDM3Z-90 POL模块是最新的例子。这些模块通过逐周期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延迟。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。去耦电容提供的瞬态控制频率高于稳压器可以响应的频率。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，从而最大限度地减少了实现数字POL模块所需瞬态响应所需的去耦电容的数量，面积和成本。/p>

图5：无补偿数字补偿器

无电源专业技术的卓越电力输送解决方案

补偿自从纯模拟设计中采用手动“试错法”以来，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以及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。