Advertisement
当前位置：世纪电源网>产品>市场动态>正文

精准的主动电压定位控制技术让μModule稳压器的输出电容降低多达50%

时间：2025-10-14 13:33来源：

摘要：本文介绍一种应用于μModule®稳压器的精准串联主动电压定位(AVP)实现方法。借助该方法，可获得快速负载瞬态响应，大幅节省电路板空间，实现全陶瓷电容式解决方案。与分流AVP设计相比，这种串联AVP可提供非常准确的负载线精度，从而大幅提高输出电压精度。文中提供了负载瞬态响应的测量结果。

作者：Sin Keng Lee，应用工程师
Zhijun (George) Qian，高级经理
 
摘要
本文介绍一种应用于μModule®稳压器的精准串联主动电压定位(AVP)实现方法。借助该方法，可获得快速负载瞬态响应，大幅节省电路板空间，实现全陶瓷电容式解决方案。与分流AVP设计相比，这种串联AVP可提供非常准确的负载线精度，从而大幅提高输出电压精度。文中提供了负载瞬态响应的测量结果。
 
引言
主动电压定位(AVP)或主动下垂技术能够调节电源输出：轻载时维持较高输出电压，重载时维持较低输出电压。实现AVP控制技术的一大好处是可以改善负载瞬态响应并降低输出电容，因为AVP为电源响应负载瞬变提供了更多空间。μModule稳压器是完整、经过测试且合格的封装电源解决方案。对于电信和数据中心应用，μModule稳压器凭借快速负载瞬态响应、极小的电路板占用空间及全陶瓷电容式解决方案而备受青睐。然而，使用传统非AVP控制技术很难满足所有要求。
 
本文介绍了一种精准串联AVP实现方法，在反馈控制环路中添加两个电阻。这种串联AVP方法的优势在于，负载线精度几乎与gm放大器增益变化无关；而对于分流AVP1等其他AVP实现方法，如果gm放大器增益的变化较大，负载线精度将降低。实现这种串联AVP后，输出电容可减少多达50%，同时峰峰输出电压瞬态也略有改善。由于电容减少50%，因此仅需要陶瓷电容，由此可以大幅提高系统可靠性并优化成本，因为铝电解电容的可靠性远低于陶瓷电容，而且成本更高。

实现AVP控制技术的另一个好处在于，当负载电流较大时，可以降低输出电压，从而降低负载功耗。LTM4650-2示例显示，净功耗节省为1.4 W或5.6%，大大节省了功耗并延长了电池续航时间。

串联AVP实现
AVP是指稳压器的输出电压根据负载电流的变化而动态调整的一种方式，而如果采用传统方法（非AVP），输出电压在所有负载下始终固定在标称值VOUT，如图1所示。如果采用AVP方法，当输出电流增加时，输出电压逐渐降低。在轻载条件下，输出电压设为调节至略高于标称值，而在重载条件下，输出电压设为调节至略低于标称值。1 当负载电流突然增加时，输出电压从高于标称值的电平开始，因此输出电压可以下降更多幅度并保持在额定电压范围内。当负载电流突然减小时，输出电压从低于标称值的电平开始，因此输出电压可以有更多的过冲并保持在额定电压范围内。对于所有负载电流范围，输出电压应限制在额定电压限值内（VMAX和VMIN之间）。
 

图1.采用AVP的VOUT与采用传统方法（非AVP）的固定标称值VOUT。

 

图2显示AVP串联补偿电路。内部基准电压(VREF)和VOUT反馈分别连接到误差放大器的正输入和负输入。与RHI连接的VHI（或INTVCC）向放大器输出（ITH或COMP）提供适当的直流电压，以防止输出进入饱和状态。RLO（反馈电阻）位于输出(ITH)和负输入（或FB）之间。因此，RLO决定了gm放大器增益。RHI和RLO值应远高于R1和R2。
 
负载线公式1：

Ki是电流检测增益，RSENSE是电流检测电阻值（或DCR检测的电感DCR值）。
 
与AVP分流补偿电路1相比，串联补偿电路的优势在于负载线取决于R1/RLO增益，几乎与误差放大器跨导(gm)的容差无关。IC工艺和设计多种多样。遗憾的是，一些IC的gm值在器件间的差异高达±30%，而且分流补偿电路AVP的负载线与1/gm增益成正比。因此，分流AVP的负载线较差。


图2.AVP串联补偿电路。


LTM4650-2稳压器上的AVP解决方案
在LTM4650-2（电流模式同步降压稳压器）上，标称1 V输出能够提供25 A负载，瞬态窗口约为±8%(160 mV pp)。在这种传统稳压器（非AVP）上，需要外部RC滤波电路来实现快速II型控制环路补偿。输出端有一组5个100 μF陶瓷电容和2个470 μF POSCAP。当负载阶跃为19 A（满载的75%）且摆率为19 A/μs时，瞬态响应为136 mV pp，如图3所示。
 

图3.非AVP电路的负载瞬态波形，输出电压瞬态为136 mV pp，COUT1 = 5× 100 μF陶瓷电容，COUT2 = 2× 470 μF POSCAP电容。

如图4所示，实现AVP时，在COMP上应用了AVP补偿电路，但不需要RC补偿。在半载(12.5 A)条件下，通过微调R2，特意将输出电压设为标称值(1 V)。对于负载瞬态响应，获得了95 mV pp的VOUT，如图5所示。瞬态性能已得到改善。当输出电压设为1 V且电流为25 A（满载）时，负载功率为25 W。通过将输出电压降低至0.945 V（25 A负载时），负载功率现在为23.6 W，单个输出的功耗节省现在为1.4 W。对于两个输出，净功耗节省总计为2.8 W。


图4.采用AVP的电路（串联补偿电路）。


图5.采用AVP的电路（图4）的负载瞬态波形，输出电压瞬态为95 mV pp。COUT1 = 5× 100 μF陶瓷电容，COUT2 = 2× 470 μF POSCAP电容。
 
采用AVP实现方案时，两个POSCAP可替换为两个陶瓷电容，因此COUT1上共使用7个100 μF陶瓷电容。使用陶瓷电容的优势是等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)更低、成本更低、尺寸更小、性能更可靠。瞬态性能已改善，测量结果是VOUT为104 mV pp，如图6所示。


图6.采用AVP的电路的负载瞬态波形，输出电压瞬态为104 mV pp。COUT1 = 7× 100 μF陶瓷电容。
 
表1显示了上述测量的非AVP（基准）、AVP和仅使用输出陶瓷电容的AVP的负载瞬态响应V p-p，以供比较。
 
表1.非AVP、AVP和仅使用输出陶瓷电容的AVP之间的负载瞬态响应V p-p比较

结论
在LTM4650-2 μModule稳压器上实现AVP串联补偿电路不仅提高了瞬态响应性能，还降低了高负载条件下的负载功耗。输出电容需要小于50%。因此，可以用陶瓷电容代替POSCAP，从而降低成本并最大限度减少占用的电路板空间。这种AVP电路也适用于许多其他具有外部补偿引脚和外部RC补偿网络的μModule稳压器（例如LTM4630-1、LTM4626、LTM4636、LTM8055-1等）。

参考文献
1 Robert Sheehan，“主动电压定位可减少输出电容”，凌力尔特，1999年。

# # #

关于ADI公司
Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司，致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁，以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案，推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展，应对气候变化挑战，并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2024财年收入超过90亿美元，全球员工约2.4万人。ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息，请访问www.analog.com/cn。
 
作者简介
自2022年5月加入ADI公司以来，Sin Keng Lee一直担任ADI公司的电源模块设计工程师。他拥有英国诺森比亚大学天线、射频和微波通信工程学士学位与博士学位。
 
Zhijun (George) Qian是ADI公司电源模块高级设计经理，负责所有LTM80xx产品和部分LTM46xx/LTM47xx产品。他拥有浙江大学电力电子学士学位和硕士学位，以及美国中佛罗里达大学电力电子博士学位。他于2010年初加入ADI公司。

免责声明：本文若是转载新闻稿，转载此文目的是在于传递更多的信息，版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题，请联系本网编辑予以删除。

上一篇：Nordic蜂窝物联网连接技术助力无线运输标签实现全球资产实时追踪与智能物流运营
下一篇：泰瑞达推出Titan HP：突破性系统级测试解决方案
我要投稿
近期活动
分类排行榜
编辑推荐
EVIYOS™ HD 25树立紧凑车型安全与通信新标杆

中国 上海，2026年4月2日——照明与传感创新的全球领导者艾迈斯欧司朗（SIX：AMS）今日宣布，搭载艾迈斯欧司朗EVIYOS™ HD 25全新奥迪Q3的推出标志着数字照明系统在紧凑车型细分市场的技术整合实现重大突破。EVIYOS™ HD 25是由艾迈斯欧司朗开发的先进像素级照明系统，现已应用于紧凑级量产车，在提升道路安全的同时，为自适应照明与驾驶员反馈功能树立了行业新基准。该技术集成于ZKW的高分辨率microZ模块，采用具备数千个独立可寻址像素单元的LED光源。

帖子推荐更多
精华
热门

Copyright 2008-2026 21dianyuan.com All Rights Reserved 备案许可证号为：津ICP备10002348号-2