白皮書

迴歸基礎：使用自適應環路反饋爲轉換器輸出穩壓

常規電源或穩壓 DC-DC 轉換器通常使用遠端採樣來實現真正的穩壓精度。對於使用磚型轉換器的系統設計人員而言，假設任務相對比較簡單；只需將磚型產品的正負感應端連接至負載的兩側，磚型產品的內部電路就會確保正確穩壓。感應線不僅允許磚型產品補償其自身的輸出電阻，而且還允許它補償其輸出與負載之間的電源線和連接器引腳的電阻。有了這一補償，正確的電壓是指負載點，而不是磚型產品輸出端。

所有完整的電源組件等磚型產品將包括一個隔離級；這就產生了設計挑戰，因爲反饋環路也必須是隔離的。然而，這些問題在電源單元的設計中得到了解決，因此對系統設計人員來說是透明的。

但今天，效率要求、瞬態響應時間以及針對 PCB 基板的競爭，對於今天的電子設備而言都很典型，也就是說許多工程師正在轉而採用分比式電源架構 (FPA) 等更高級的配電架構。FPA 採用集成型電源組件（如提供一兩個 VTM 的 PRM 等）實現這些密度、效率及響應性的預期。圖 1 是 PRM/VTM 佈置的一般示例。

A simple FPA implementation — 圖 1：使用 PRM 和 VTM 進行簡單的 FPA 實施

VTM 可視爲固定比率的隔離 DC-DC 變壓器，其提供高功率密度和高效率，以及支持快速瞬態響應的低輸出阻抗。PRM 從未穩壓的輸入電源提供穩壓輸出 —— 一個“分比式母線”。這種 PRM-VTM 組合可創建一款完整的隔離式穩壓 DC-DC 轉換器。

請注意，圖 1 還有第三條電線：PRM 和 VTM 之間的自適應環路連接。這是因爲“智能”PRM 可執行穩壓，但它不能直接“看到”它穩壓的負載，因爲帶隔離層的 VTM 擋在了路上。可設計一款隔離的反饋環路，但這對於系統工程師而言是一項非常耗時的任務，會產生精度和公差問題。取而代之的是，VTM 可通過提供自適應環路反饋，充當 PRM 的眼睛，傳達它需要精確穩壓的信息。

這一信息與 VTM 的輸出電阻以及 VTM 與負載之間的電源線及連接器引腳的較小阻值有關。這些電阻值理論上應該爲零，但實際並非如此。任何這類電阻都將導致從出現在負載上的電壓“偷來”的壓降。如果 PRM 知道流過 VTM 輸出端的電流及其電阻，則 PRM 可通過簡單的公式 V = IR 計算出 VTM 輸出端上的壓降。

下圖 2 是自適應環路 (AL) 的概念。圖中還顯示，電壓環路在 PRM 輸出端保持穩壓時，自適應環路會將從 PRM 輸出出現的壓降補償到實際負載的電壓。自適應環路以壓降模型爲中心，其在系統中爲 PRM 提供了一個按比例複製的總體壓降。該模型由從 PRM 輸出消耗的電流直接饋電。這可通過將 VTM 的 K 傳送比率用作縮放因數進行縮放，以表示 VTM 的輸出電流。VTM 的第三條線反饋包含其輸出電阻的信息，因此模型可以將該值與縮放後 PRM 的電流值相乘，得到系統壓降。

Adaptive Loop regulation conceptual diagram — 圖 2：自適應環路穩壓概念圖

請注意，反饋鏈路被稱爲“VTM 溫度”。這是因爲 VTM 的輸出端電阻將隨溫度變化而變化，因此反饋信號也必須相應地包括溫度變化。VTM 模組中嵌入的一個 PTC 電阻器可反映出這種變化。

自適應環路是一款簡單的電路，組件很少，無需在 VTM 隔離層間傳輸信號。參考更詳細的 Vicor 應用筆記，您將瞭解：自適應環路包括幾個電阻器，系統工程師可計算其值，滿足他們所選擇的 VTM 的需求。本應用筆記包括一個表，提供有 VTM 部件編號及其相關輸出電阻和溫度係數值。此外，它還提供一組方程，用來計算構建與所選 VTM 精確匹配的壓降模型所需的電阻器值。

該應用筆記涵蓋半 Chip VTM 器件和全 Chip VTM 器件。並以客戶電路板爲設計示例，爲所提供的理論提供了有力支持。

自適應環路控制可通過簡單的局部控制環路提供增強的穩壓（誤差在 +/-1% 內），而且只需在 VTM 和 PRM 之間建立一個簡單的、非隔離式反饋連接。