白皮书

回归基础：使用自适应环路反馈为转换器输出稳压

常规电源或稳压 DC-DC 转换器通常使用远端采样来实现真正的稳压精度。对于使用砖型转换器的系统设计人员而言，假设任务相对比较简单；只需将砖型产品的正负感应端连接至负载的两侧，砖型产品的内部电路就会确保正确稳压。感应线不仅允许砖型产品补偿其自身的输出电阻，而且还允许它补偿其输出与负载之间的电源线和连接器引脚的电阻。有了这一补偿，正确的电压是指负载点，而不是砖型产品输出端。

所有完整的电源组件等砖型产品将包括一个隔离级；这就产生了设计挑战，因为反馈环路也必须是隔离的。然而，这些问题在电源单元的设计中得到了解决，因此对系统设计人员来说是透明的。

但今天，效率要求、瞬态响应时间以及针对 PCB 基板的竞争，对于今天的电子设备而言都很典型，也就是说许多工程师正在转而采用分比式电源架构 (FPA) 等更高级的配电架构。FPA 采用集成型电源组件（如提供一两个 VTM 的 PRM 等）实现这些密度、效率及响应性的预期。图 1 是 PRM/VTM 布置的一般示例。

A simple FPA implementation — 图 1：使用 PRM 和 VTM 进行简单的 FPA 实施

VTM 可视为固定比率的隔离 DC-DC 变压器，其提供高功率密度和高效率，以及支持快速瞬态响应的低输出阻抗。PRM 从未稳压的输入电源提供稳压输出 —— 一个“分比式母线”。这种 PRM-VTM 组合可创建一款完整的隔离式稳压 DC-DC 转换器。

请注意，图 1 还有第三条电线：PRM 和 VTM 之间的自适应环路连接。这是因为“智能”PRM 可执行稳压，但它不能直接“看到”它稳压的负载，因为带隔离层的 VTM 挡在了路上。可设计一款隔离的反馈环路，但这对于系统工程师而言是一项非常耗时的任务，会产生精度和公差问题。取而代之的是，VTM 可通过提供自适应环路反馈，充当 PRM 的眼睛，传达它需要精确稳压的信息。

这一信息与 VTM 的输出电阻以及 VTM 与负载之间的电源线及连接器引脚的较小阻值有关。这些电阻值理论上应该为零，但实际并非如此。任何这类电阻都将导致从出现在负载上的电压“偷来”的压降。如果 PRM 知道流过 VTM 输出端的电流及其电阻，则 PRM 可通过简单的公式 V = IR 计算出 VTM 输出端上的压降。

下图 2 是自适应环路 (AL) 的概念。图中还显示，电压环路在 PRM 输出端保持稳压时，自适应环路会将从 PRM 输出出现的压降补偿到实际负载的电压。自适应环路以压降模型为中心，其在系统中为 PRM 提供了一个按比例复制的总体压降。该模型由从 PRM 输出消耗的电流直接馈电。这可通过将 VTM 的 K 传送比率用作缩放因数进行缩放，以表示 VTM 的输出电流。VTM 的第三条线反馈包含其输出电阻的信息，因此模型可以将该值与缩放后 PRM 的电流值相乘，得到系统压降。

Adaptive Loop regulation conceptual diagram — 图 2：自适应环路稳压概念图

请注意，反馈链路被称为“VTM 温度”。这是因为 VTM 的输出端电阻将随温度变化而变化，因此反馈信号也必须相应地包括温度变化。VTM 模块中嵌入的一个 PTC 电阻器可反映出这种变化。

自适应环路是一款简单的电路，组件很少，无需在 VTM 隔离层间传输信号。参考更详细的 Vicor 应用笔记，您将了解：自适应环路包括几个电阻器，系统工程师可计算其值，满足他们所选择的 VTM 的需求。本应用笔记包括一个表，提供有 VTM 部件编号及其相关输出电阻和温度系数值。此外，它还提供一组方程，用来计算构建与所选 VTM 精确匹配的压降模型所需的电阻器值。

该应用笔记涵盖半 Chip VTM 器件和全 Chip VTM 器件。并以客户电路板为设计示例，为所提供的理论提供了有力支持。

自适应环路控制可通过简单的局部控制环路提供增强的稳压（误差在 +/-1% 内），而且只需在 VTM 和 PRM 之间建立一个简单的、非隔离式反馈连接。