一种提高负载瞬态响应性能的系统技术方案

本发明专利技术属于直流‑直流转换领域，尤其涉及一种提高负载瞬态响应性能的系统。系统包括：PWM控制单元，与电源输入端连接，产生控制信号，并且利用控制信号改变电源输出端的电流和电压；补偿单元，藕接于PWM控制单元、电源输出端之间，根据电源输出端的电流和电压、电源输入端的电流和电压进行斜率补偿，并且PWM控制单元根据补偿的斜率产生控制信号；采样单元，藕接于补偿单元、电源输出端之间，采样电源输出端的电压和电流；调节单元，分别与PWM控制单元、补偿单元、采样单元连接，当电源输出端的电流或电压发生变化时，采样单元对电源输出端的电压做运算，得到电压变化量，调节单元减小电压变化量，PWM控制单元根据减小的电压变化量产生控制信号。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于直流-直流转换领域，尤其涉及一种提高负载瞬态响应性能的系统。
技术介绍
目前，BUCK类DC/DC转换器的拓扑结构通常分为非隔离BUCK、正激、半桥和全桥等类型，上述类型的BUCK类DC/DC转换器拓扑结构的都包含脉宽调制器(PulseWidthModulator，PWM)控制环路，在负载电流快速变化时，由于输出滤波电感和控制环路的滞后效应，使得输出电压产生很大偏离幅度、并且需要较长时间才能恢复到初始设定值。为了解决这个问题，传统方案是将很多个滤波电容并联使用，这种方法虽然能够有效地控制输出电压的偏离幅度，但是反应速度很慢，而且由于使用了大量的滤波电容，导致体积增大，成本增加。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种BUCK类DC/DC转换器提高负载瞬态响应性能的系统，该系统快速响应负载电流变化、减小输出电压的偏差幅度，同时能够降低外部储能电容的总需求容量。本专利技术采用如下技术方案：一种提高负载瞬态响应性能的系统，应用于电流型PWM控制的Buck直流-直流电路中，所述系统包括：电源输入端和电源输出端；PWM控制单元，与所述电源输入端连接，产生控制信号，并且利用所述控制信号改变所述电源输出端的电流和电压；补偿单元，藕接于所述PWM控制单元、所述电源输出端之间，根据所述电源输出端的电流和电压、所述电源输入端的电流和电压进行斜率补偿，并且所述PWM控制单元根据补偿的斜率产生所述控制信号；采样单元，藕接于所述补偿单元、所述电源输出端之间，采样所述电源输出端的电压和电流；调节单元，分别与所述PWM控制单元、所述补偿单元、所述采样单元连接，以及；当所述电源输出端的电流或电压发生变化时，所述采样单元对所述电源输出端的电压做运算，得到电压变化量，所述调节单元减小所述电压变化量，所述PWM控制单元根据减小的所述电压变化量产生所述控制信号。优选的，所述PWM控制单元包括：第一晶体管，藕接于所述电源输入端和所述补偿单元之间；第二晶体管，藕接于所述第一晶体管和一接地端之间；MOSFET驱动电路，分别与所述第一晶体管、所述第二晶体管的栅极连接，根据所述控制信号控制所述第一晶体管、所述第二晶体管的导通与截止；PWM发生器，所述PWM发生器的正向端与所述补偿单元连接，所述PWM发生器的反向端与所述调节单元连接，所述PWM发生器的输出端与所述MOSFET驱动电路连接，产生所述控制信号。优选的，所述MOSFET驱动电路包括触发器，和/或所述PWM发生器为比较器。优选的，所述补偿单元包括：滤波电感，与所述PWM控制单元连接；第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向端与所述滤波电感连接，所述第一运算放大器的反向端与所述电源输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述PWM控制单元连接；以及根据所述滤波电感的电感电流计算需要补偿斜率的补偿电压，将所述补偿电压和所述第一运算放大器输出端输出的值通过电压环叠加，得到合成信号，所述PWM控制单元根据所述合成信号产生所述控制信号。优选的，所述补偿单元补偿的斜率大于所述电感电流下降斜率的二分之一。优选的，所述采样单元包括：第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻和所述第二分压电阻串联后藕接于所述电源输出端和一接地端之间；跨导运算放大器，所述跨导运算放大器的反向端分别与所述第一分压电阻、所述第二分压电阻连接，所述跨导运算放大器的正向端接入一参考电压；以及所述跨导运算放大器通过所述第一分压电阻和/或所述第二分压电阻采样所述电源输出端的分压，利用所述运算放大器的分压和所述参考电压作运算，得到所述电压变化量。优选的，所述调节单元包括：MOS管，所述MOS管的源极与一电源连接，所述MOS管的栅极与所述采样单元连接，所述MOS管的漏极通过一第三电阻与所述PWM控制单元连接；第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极与所述电源连接，所述第一PMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极连接；第二PMOS管，所述第二PMOS管的源极与所述电源连接，所述第二PMOS管栅极与所述第一PMOS管的栅极连接，所述第二PMOS管的漏极与所述PWM控制单元连接；NMOS管，所述NMOS管的源极与所述第一PMOS管的漏极连接，所述NMOS管的漏极通过一第四电阻与一接地端连接；第二运算放大器，所述第二运算放大器的同相端与所述补偿单元连接，所述第二运算放大器的反向端通过所述第四电阻与所述接地端连接，所述第二运算放大器的输出端与所述NMOS管的栅极连接；共源共栅电流镜，一电流源与所述共源共栅电流镜中的一晶体管的源极连接，所述共源共栅电流镜中的另一晶体管的源极分别与所述第三电阻、所述PWM控制单元、所述第二PMOS管的漏极连接。优选的，当所述电源输出端的电流由Iout1变化至Iout2时，所述电压变化量△VC的公式为：；其中，VC2为所述电源输出端的电流为Iout2时，所述MOS管栅极的电压，VC1为所述电源输出端的电流为Iout1时，所述MOS管栅极的电压，VCO2为所述电源输出端的电流为Iout2时，所述调节单元输出至所述PWM控制单元的电压，VCO1为所述电源输出端的电流为Iout1时，所述调节单元输出至所述PWM控制单元的电压，K为与所述第二运算放大器和所述补偿单元相关的常数，R3为第三电阻的阻值。本专利技术的有益效果是：本专利技术通过增加一调节单元，将负载电流的变化量减小，甚至无影响以改善PWMDC-DC转换电路中负载瞬态响应性能，本专利技术能够通过谐波补偿减小谐波带来的次谐波震荡问题，并且本专利技术的电路设计较为简单，便于实施。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本专利技术的主旨。图1为本专利技术实施例一的电流模式PWMBUCKDC-DC转换电路的拓扑图；图2a-2c为本专利技术斜率补偿的原理示意图；图3为本专利技术实施例二中改进的PWMBUCKDC-DC转换电路的拓扑图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。本专利技术提供了一种提高负载瞬态响应性能的系统，如下实施例的系统均以Buck型DC-DC转换电路进行举例说明，Buck型DC-DC转换电路设计中常采用PWM反馈控制方式以调节输出电压或电流。本实施例的PWM控制方式采用电流模式控制，电流模式控制方式可以为电流内环和电压外环双环控制,输入电压和负载的变化将首先反应在滤波电感电流上,在输入电压或负载改变时具有更快的响应速度。电流模式控制方式有峰值电感电流控制和平均电感电流控制两种方式。本实施例中描述的峰值电感电流控制由于其优点被广泛应用，但其存在固有的开环不稳定现象,在提高快速性的同时,也带来了稳定性的问题。当输入电压降至一个接近输出电压的值时,占空比向最大导通时间增加,输入电压的进一步降低将使主开关在超过一个周期的时间里保持导通状态,直到占空比达100%,这时电路可能会发生子谐波振荡,需要通过一个斜率补偿电路来保持这种恒定架构的稳定性,在大占空比情况下是通过给电感电流信号增加一个补偿斜率来实现的。下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的说明，但是不作为本专利技术的限定。实施例一本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在于，应用于电流型PWM控制的Buck 直流‑直流电路中，所述系统包括：电源输入端和电源输出端；PWM控制单元，与所述电源输入端连接，产生控制信号，并且利用所述控制信号改变所述电源输出端的电流和电压；补偿单元，藕接于所述PWM控制单元、所述电源输出端之间，根据所述电源输出端的电流和电压、所述电源输入端的电流和电压进行斜率补偿，并且所述PWM控制单元根据补偿的斜率产生所述控制信号；采样单元，藕接于所述补偿单元、所述电源输出端之间，采样所述电源输出端的电压和电流；调节单元，分别与所述PWM控制单元、所述补偿单元、所述采样单元连接，以及；当所述电源输出端的电流或电压发生变化时，所述采样单元对所述电源输出端的电压做运算，得到电压变化量，所述调节单元减小所述电压变化量，所述PWM控制单元根据减小的所述电压变化量产生所述控制信号。

【技术特征摘要】
2016.05.30 CN 20161037330601.一种提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在于，应用于电流型PWM控制的Buck直流-直流电路中，所述系统包括：电源输入端和电源输出端；PWM控制单元，与所述电源输入端连接，产生控制信号，并且利用所述控制信号改变所述电源输出端的电流和电压；补偿单元，藕接于所述PWM控制单元、所述电源输出端之间，根据所述电源输出端的电流和电压、所述电源输入端的电流和电压进行斜率补偿，并且所述PWM控制单元根据补偿的斜率产生所述控制信号；采样单元，藕接于所述补偿单元、所述电源输出端之间，采样所述电源输出端的电压和电流；调节单元，分别与所述PWM控制单元、所述补偿单元、所述采样单元连接，以及；当所述电源输出端的电流或电压发生变化时，所述采样单元对所述电源输出端的电压做运算，得到电压变化量，所述调节单元减小所述电压变化量，所述PWM控制单元根据减小的所述电压变化量产生所述控制信号。2.根据权利要求1所述的提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在于，所述PWM控制单元包括：第一晶体管，藕接于所述电源输入端和所述补偿单元之间；第二晶体管，藕接于所述第一晶体管和一接地端之间；MOSFET驱动电路，分别与所述第一晶体管、所述第二晶体管的栅极连接，根据所述控制信号控制所述第一晶体管、所述第二晶体管的导通与截止；PWM发生器，所述PWM发生器的正向端与所述补偿单元连接，所述PWM发生器的反向端与所述调节单元连接，所述PWM发生器的输出端与所述MOSFET驱动电路连接，产生所述控制信号。3.根据权利要求2所述的提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在于，所述MOSFET驱动电路包括触发器，和/或所述PWM发生器为比较器。4.根据权利要求1所述的提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在于，所述补偿单元包括：滤波电感，与所述PWM控制单元连接；第一运算放大器，所述第一运算放大器的正向端与所述滤波电感连接，所述第一运算放大器的反向端与所述电源输出端连接，所述第一运算放大器的输出端与所述PWM控制单元连接；以及根据所述滤波电感的电感电流计算需要补偿斜率的补偿电压，将所述补偿电压和所述第一运算放大器输出端输出的值通过电压环叠加，得到合成信号，所述PWM控制单元根据所述合成信号产生所述控制信号。5.根据权利要求4所述的提高负载瞬态响应性能的系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾子玉，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42