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Digitale Kompensation entwickelt sich

Kompensationsfreie PoL-Module

25. Mai 2016, 10:18 Uhr | Von Bruce Rose

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Digitale Spannungsregler...

Eine digitale Spannungsregler-Topologie (Bild 3) erlaubt die vollständige Konfiguration, Steuerung und Überwachung der Stromversorgung über eine Software-Schnittstelle. Viele digitale Spannungsregler sind so aufgebaut, dass der Anwender die Proportional-, Integral- und Differenzial-Koeffizienten (PID) anstelle der physikalischen Kompensations-Bauteile für die Kompensation des Spannungsregler-Rückkopplungskreises auswählt. Damit erübrigen sich die Risiken und Verzögerungen, die durch das Auflöten – und Entfernen sowie das erneute Auflöten – diskreter Kompensationswiderstände und -kondensatoren einhergehen, da die PID-Koeffizienten als Software-Funktionen eingegeben und geändert werden.

Die Software-Kompensationstechniken verringern die Verzögerungen und Risiken beim Auflöten von Bauteilen, aber der Entwickler muss immer noch umfassendes Wissen über die Theorie der Kompensationstechnik vorweisen, um ein optimiertes Design zu erhalten.

...mit automatischer Kompensation

Zu den jüngsten Fortschritten bei digitalen Spannungsreglern zählt die Integration einer automatischen Kompensation (Bild 4), mit der Anwender sich nicht länger in Kompensationstechniken einarbeiten müssen. Diese Regler bestimmen die optimale Kompensation (Werte für Kp, Ki und Kd) für den Schaltkreis, sobald der Regler in Betrieb genommen wird oder zu jeder anderen Zeit, wenn per Software-Befehl die Kompensation neu berechnet werden soll. Automatische Kompensation beseitigt die Kosten, Risiken und Verzögerungen, die mit der Bestimmung der Kompensationswerte einhergehen.

Weiterentwicklung durch kompensationsfreie Designs

Eine überlegene digitale Spannungsregler-Topologie liegt vor, wenn statt der automatischen Kompensation überhaupt keine Kompensation erforderlich ist. CUI bietet verschiedene digitale PoL-Module (Point-of-Load) auf Basis einer kompensationsfreien Technik, z.B. die Serie NDM3Z-90. Diese Module bestimmen das Laststrom-Transientenverhalten, indem sie die an die Last abgegebene Ladung zyklusweise überwachen und anpassen. Damit kann der Spannungsregler das Lasttransientenverhalten bei jedem Schaltzyklus des Reglers optimieren, ohne dass eine Rückkopplungs-Kompensation erforderlich ist. Die kompensationsfreie Topologie bietet eine niedrige Latenz bezüglich des Lasttransientenverhaltens. Geringe Latenz wird durch einen schnelleren Signalpfad im Kompensator erzielt – zusätzlich zum herkömmlichen langsameren Signalpfad. Die Architektur zur zyklusweisen Abgabe der Ladung weist auch ein nichtlineares Transientenverhalten auf, um eine genaue Ausgangsspannungsregelung des PoL-Moduls zu ermöglichen.

Ein Vorteil der niedrigen Latenz und des nichtlinearen Transientenverhaltens ist, dass kleinere Entkopplungs-Kondensatoren am Ausgang erforderlich sind. Diese bieten eine Transientenregelung bei Frequenzen, die über denen liegen, auf die der Spannungsregler reagieren kann. Damit erweitert sich der effektive Frequenzbereich des Spannungsreglers, was die Zahl, den Platzbedarf und die Kosten der Entkopplungs-Kondensatoren verringert, die erforderlich sind, um das gewünschte Transientenverhalten des digitalen PoL-Moduls zu erzielen.

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