无补偿电压调节器:数字补偿的持续发展

　　电压调整器的反馈和补偿

　　传统的电源和电压调节器能够产生稳定的输出电压，这是由于控制回路与负反馈的结合。正确实现负反馈的一个主要挑战是提供与反馈网络相关联的正确频率补偿。电压调节器的最初实现采用模拟电路来控制和反馈电路。后来，技术的进步使得数字电路取代了几乎所有的电压调节器和电源的模拟功能。数字电路的加入使得自动补偿算法的发展，减轻了电力设计工程师的负担。与传统拓扑相比，自动补偿是一个很大的改进，但由于电路需要确定补偿参数，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”的拓扑结构。这些无补偿设计提供了优越的电压调节，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和电容器的值，然后将这些组件焊接到PCB上。离散补偿组件的选择、放置和修改增加了交付设计的延迟和风险。一些供应商通过允许用户选择一个单一的电阻和一个电容来补偿调节器，从而简化了补偿组件的选择过程。虽然该选项简化了用户任务，但它降低了所产生的负载电流瞬时行为可以接受的概率。模拟电压调节器的设计和实现是一个人工强化的过程，因此存在着不良的风险和成本。

　　模拟开关稳压器

　　图1:模拟开关电压调整器。

　　模拟电压调节器和数字包装器。

　　当一个集成电路供应商向模拟电压调整器添加数字包装器时，就有能力配置、控制和监控电源的某些特性。在传统的模拟电压调节器的设计中，选择模拟电压调整器和数字包装器可以提高设计的难度和延迟，但是与补偿组件相关的风险和成本仍然存在。

　　带有“数字包装”的模拟开关电压调整器

　　图2:带有“数字包装”的模拟开关电压调整器

　　数字电压调节器

　　数字电压调整器的拓扑结构可以让用户通过一个软件界面完成对电源的可配置性、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) tap系数而不是物理补偿元件来补偿电压调整器的反馈回路。在这些拓扑结构中，由于PID系数被输入和改变为软件功能，因此消除了焊接(和不焊接和再焊接)离散补偿电阻和电容的风险和延迟。软件补偿技术减少了许多与焊接部件有关的延迟和风险，但设计工程师仍然需要对补偿理论有广泛的了解，以便产生优化的设计。

　　数字开关稳压器

　　图3:数字开关电压调整器。

　　数字电压调节器自动补偿。

　　数字电压调整器的最新进展包括自动补偿拓扑结构的整合，消除了用户对补偿技术的知识和经验的需求。当电源被应用到调节器或任何其他时间，软件指令被发送到单元以重新计算补偿时，这些调节器能够确定电路的最佳补偿值(Kp、Ki和Kd值)。自动补偿消除了与拓扑相关的成本、风险和延迟，这需要设计工程师来确定补偿值。

　　数字PID补偿器

　　图4:数字PID补偿器。

　　补偿的发展再一次得到免费的设计。

　　对于那些提供自动补偿的数字电压调整器拓扑结构是不需要任何补偿的。CUI提供基于无补偿技术的数字点负荷(POL)模块的家庭;NDM3Z-90 POL模块是最新的例子。这些模块通过监测和调整以循环周期为基础的载荷来确定负载电流瞬态响应。该技术允许电压调整器在不使用反馈回路补偿的情况下，优化调整器的每个开关周期的负载瞬态响应。无补偿拓扑是一种优越的技术，由于负载瞬态响应的低延迟。

       在补偿器中，除了传统的较慢的信号路径外，在补偿器中实现更快的信号路径可以实现低延迟。与传统的反馈环路补偿相比，循环充电式结构也包含了非线性的瞬态响应特性，为POL模块提供了优越的输出电压调节。低延迟和非线性瞬态响应技术的一个好处是需要减少输出解耦电容。去耦电容器提供了高于电压调节器所能响应的频率的瞬态控制。无补偿结构的低潜伏期和非线性瞬态响应扩展了电压调整器的有效频率范围，从而最小化了实现数字POL模块所需的瞬态响应所需的解耦电容的数量、面积和成本。

　　Compensation-Free数字补偿器

　　图5:无补偿数字补偿器。

　　优越的电源供应解决方案，无电源专业知识。

　　自从手工“尝试和错误”方法在纯模拟设计中使用以来，补偿技术已经取得了长足的进步。为当今先进的半导体提供动力，再加上越来越短的设计周期，其复杂性推动了补偿方法的发展。在许多CUI数字电源模块中使用的最新的补偿技术，加上CUI提供的易于使用的图形用户界面，现在允许快速的设计周期而不需要高级的电源知识。