電源完整性(PI)和電源分配網絡(PDN)設計如今是所有高速
、高(gao)性(xing)能(neng)和(he)低(di)噪(zao)聲(sheng)電(dian)子(zi)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)的(de)中(zhong)心(xin)要(yao)素(su)。取(qu)得(de)最(zui)優(you)性(xing)能(neng)的(de)第(di)一(yi)條(tiao)規(gui)則(ze)是(shi)保(bao)持(chi)電(dian)源(yuan)分(fen)配(pei)路(lu)徑(jing)的(de)阻(zu)抗(kang)幅(fu)度(du)小(xiao)於(yu)某(mou)個(ge)特(te)定(ding)值(zhi)，這(zhe)個(ge)值(zhi)通(tong)常(chang)被(bei)稱(cheng)為(wei)目(mu)標(biao)阻(zu)抗(kang)。第(di)二(er)條(tiao)規(gui)則(ze)是(shi)保(bao)持(chi)電(dian)源(yuan)分(fen)配(pei)阻(zu)抗(kang)在(zai)頻(pin)域(yu)盡(jin)可(ke)能(neng)平(ping)坦(tan)。半(ban)導(dao)體(ti)公(gong)司(si)正(zheng)在(zai)試(shi)圖(tu)引(yin)入(ru)采(cai)用(yong)非(fei)線(xian)性(xing)控(kong)製(zhi)
、多個環路和滯後工作的新穩壓器架構來達到這個目的。一個令人感興趣的拓撲是Cognipower公司自主開發並已獲得專利的預測性能量平衡(PEB)控製器。

什麼是PEB？

PEB控製算法從供需角度控製電壓轉換器的性能。就像在大多數開關轉換器中一樣，能量存儲在電感中，然後傳送到輸出端
，並由輸出端的電容進行平均。存儲在電感中的能量為：



PEB控製器根據需求建立要求的供電，並在每個開關周期中使這些等式相等。結果是一種“內存較少”的控製，每個周期都是“從零開始”，因(yin)此(ci)在(zai)單(dan)個(ge)開(kai)關(guan)周(zhou)期(qi)內(nei)可(ke)形(xing)成(cheng)完(wan)整(zheng)的(de)動(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)恢(hui)複(fu)。輸(shu)出(chu)既(ji)沒(mei)有(you)上(shang)衝(chong)，也(ye)沒(mei)有(you)下(xia)衝(chong)。控(kong)製(zhi)器(qi)本(ben)身(shen)就(jiu)很(hen)穩(wen)定(ding)，因(yin)為(wei)在(zai)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)中(zhong)不(bu)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)補(bu)償(chang)極(ji)點(dian)。PEB控製計算框圖示於圖1。


PEB控製可適應多種開關拓撲，包括降壓拓撲和反激拓撲
，並且可工作在非連續模式和連續模式。

為什麼PEB符合PDN應用要求

在PEB控製下的轉換器輸出阻抗函數基本上是一個與頻率無關的電阻，這與PDN應用的目標是一致的。這個固定電阻是電感與電容之比的函數。單周期響應可獲得最快可能的恢複時間
，這也非常符合PDN應用要求。圖2和圖3顯示了平坦的阻抗曲線，采用的是低功耗、非連續模式的PEB演示板(這個測量結果由Cognipower公司提供，不是為任何特定應用設計的)。

圖2：上軌跡(粉紅)是輸出電壓響應
，中間軌跡(黃色)是負載電流
，下軌跡(綠色)是電感電流。注意，高頻沒有被濾除


，為的是提供不變的控製器響應。 圖3：針對300mΩ輸出阻抗調節後的演示板負載階躍響應。注意，沒有上衝或下衝。為了去除紋波得到純淨的波形，對輸出電壓進行了平均處理。

通過修改演示板的電感和電容值，設定好300mΩ的目標阻抗，然後將演示板放進探測夾具。

根據18mV電壓偏移和58mA電流階躍計算出來的被測轉換器阻抗約為320mΩ。通過平均這個測量結果去除輸出紋波電壓後就可以得到純淨的波形。注意


，電壓響應中一點都沒有上衝或下衝現象，見圖3。

雖然這個例子提供了代表低功耗應用的300mΩ輸出阻抗，但PEB控製可以針對任何功耗電平進行調整。運算要求也很低
，可以采用數字或模擬電路實現。想必控製器能夠集成進單片芯片中。

PEB控製器是獨立於硬件的，允許控製矽MOSFET功率級電路，或用於更高頻率工作和具有最佳效率的氮化镓功率級電路。PEB控製器還可以用作支持動態電壓編程的放大器，同樣不會有上衝或下衝。當為PDN應用考慮許多新的開關拓撲時，PEB控製可以提供諸多有用的好處。希望未來能夠進一步拓展這個拓撲。

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