Digitale Kompensation entwickelt sich Kompensationsfreie PoL-Module

Weiterentwicklungen bei der Kompensationstechniken
Weiterentwicklungen bei den Kompensationstechniken

Kompensationstechniken haben sich seit der Zeit rein analogen ­Designs stetig weiterentwickelt. Die Komplexität bei der Stromversorgung heutiger Halbleiter-Bauelemente und die zunehmend kürzer werdenden Entwicklungszyklen haben zu einer Weiterentwicklung der Kompensationstechniken geführt.

Herkömmliche Netzteile und Spannungsregler stellen stabile Ausgangsspannungen bereit, da sie Regelkreise mit negativer Rückkopplung enthalten. Eine Herausforderung bei der ordnungsgemäßen Umsetzung der negativen Rückkopplung ist die korrekte Frequenzkompensation im Rückkopplungsnetzwerk. Die ersten Spannungsregler basierten auf Analogschaltkreisen für die Regelungs- und Rückkopplungskreise. Verbesserungen haben nun dazu geführt, dass digitale Schaltungen fast alle Analogfunktionen in Spannungsreglern und Netzteilen ersetzen. Die Integration digitaler Schaltkreise hat die Entwicklung automatischer Kompensationsalgorithmen ermöglicht. Eine automatische Kompensation ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Topologien, weist aber immer noch einige Einschränkungen auf, da die Schaltkreise die Kompensationsparameter bestimmen müssen. Jüngste Entwicklungen bei digitalen Spannungsregler-Controllern haben nun zu kompensationsfreien Topologien geführt. Diese Designs bieten eine hervorragende Spannungsregelung und beseitigen das Problem der Kompensationsparameter-Bestimmung.

Analoge Spannungsregler...

Bei analogen Spannungsreglern (Bild 1) muss der Entwickler die Werte für die Kompensationswiderstände und -kondensatoren bestimmen und diese Bauteile dann auf die Platine löten. Die Auswahl, Platzierung und Modifikation diskreter Kompensationsbauteile sorgt für Verzögerungen und Risiken bei Stromversorgungs-Designs.

Einige Anbieter vereinfachen den Auswahlprozess der Kompensationsbauteile, indem sie dem Nutzer anbieten, einen einzigen Widerstand und einen einzigen Kondensator zu wählen, um so den Regler zu kompensieren. Für den Nutzer mag dies einfach erscheinen, es verringert sich jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass die daraus resultierenden Stromtransienten der Versorgung akzeptabel sind. Das Design und die Implementierung analoger Spannungsregler ist eine manuell aufwändige Tätigkeit, die unerwünschte Risiken und Kosten mit sich bringt.

...mit digitalem Wrapper

Fügt ein Chip-Hersteller einen digitalen Wrapper zu einem analogen Spannungsregler hinzu (Bild 2), ergeben sich Vorteile bei der Konfiguration, Steuerung und Überwachung einiger Eigenschaften der Stromversorgung. Analoge Spannungsregler mit digitalem Wrapper sorgen im Gegensatz zu herkömmlichen analogen Spannungsreglern für eine schnellere Entwicklung, aber die Risiken und Kosten, die mit den Kompensationsbauteilen verbunden sind, bestehen weiterhin.