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加速 负反馈控制系统瞬态响应的方法

阅读：530发布：2020-05-12

专利汇可以提供加速负反馈控制系统瞬态响应的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，包括：⑴将VFB送至跨导放大器 U1的反向输入端，将VREF送至跨导放大器 U1的正向输入端，进行比较；⑵跨导放大器U1的输出电流流过电阻 R并在电阻R两端产生电压降VR，电压降VR是跨导放大器U1两个输入端压差的比例放大；⑶电压比较器U2检测电阻R两端的电压降VR，并将电阻R两端的电压降VR与设定的阈值进行比较，当电压降VR超过设定阈值电压后，则电压比较器U2的输出信号 Y1翻转，从而启动辅助电路来加速系统的瞬态响应。，下面是加速负反馈控制系统瞬态响应的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴将输出量或输出量的采样反馈信号VFB送至跨导放大器U1的反向输入端，将基准信号VREF送至跨导放大器U1的正向输入端，进行比较；
⑵跨导放大器U1的输出电流流过电阻R并在电阻R两端产生电压降VR，所述电压降VR是跨导放大器U1两个输入端压差的比例放大；
⑶电压比较器U2检测电阻R两端的电压降VR，电压比较器U2将电阻R两端的电压降VR与设定的阈值进行比较，当所述电压降VR超过设定阈值电压后，则电压比较器U2的输出信号Y1翻转，从而启动辅助电路来加速系统的瞬态响应。
2.根据权利要求1所述加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，其特征在于，所述辅助电路的实现方法，进一步包括：
⑴通过改变频率补偿电阻值来改变频率补偿单元U3的零点位置，所述频率补偿单元U3由电阻与电容元件组成的网络构成，用来设置零点和极点位置实现系统的频率补偿；
⑵对频率补偿单元U3-3的补偿电容进行加速充电，对补偿电容的充电电流是跨导放大器U1输出电流的比例放大；
⑶跳过跨导放大器U1的输出误差控制信号对系统的输出能量增大或减小。
3.根据权利要求2所述加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，其特征在于，步骤⑵中所述输出电流的比例放大可选用：跨导放大器U1输出电流的镜像放大，或，将所述电阻R两端的电压降VR送至另一跨导放大器产生输出电流，用以给补偿电容充电。
4.根据权利要求1所述加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，其特征在于，跨导放大器的输出电流IO是运放输入端压差(VREF-VFB)与运放跨导Gm的乘积:
IO＝(VREF-VFB)*Gm
电阻R两端的压差为VR:VR＝IO*R＝(VREF-VFB)*Gm*R
由上式可见，当满足Gm*R>1时VR是跨导放大器输入端压差VREF-VFB的比例放大。

说明书全文

加速 负反馈控制系统瞬态响应的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电子领域，特别涉及一种加速负反馈控制系统瞬态响应的方法。

背景技术

[0002] 负反馈控制系统广泛应用于各类电子设备中，例如常见的PWM工作模式以及峰值电流模式的DC-DC都是负反馈控制系统。对于负反馈控制系统，系统的带宽会限制控制环路对输出目标量瞬变的响应速度。例如当输出目标量偏离基准值超过一定的幅度后，可能在实际应用中不能接受。

[0003] 为了改善系统的动态响应，最直接的办法是加大系统带宽，然而这种办法会受到多种因素的制约例如系统允许的工作频率、环路稳定性的折衷等等。除此之外可能需要额外的辅助电路来加速系统在输出瞬变条件下的响应。

[0004] 请参阅图1所示，图1是传统负反馈控制系统加速瞬态响应的电路示意图。在稳态下输出量的采样反馈信号VFB稳定在基准信号VREF电平。在输出发生瞬变时，输出量的采样反馈信号VFB偏离基准信号VREF,当输出量的采样反馈信号VFB偏离值超过设定幅度后例如超过VREF1时，则比较器U2的输出电压Y1翻转，Y1信号用来启动加速系统瞬态响应的电路。

[0005] 在集成电路中上述结构有一个缺点：因为跨导放大器U1和比较器U2都存在输入失调，因此VREF1与VREF的差值必须比失调电压高系统才能稳定的工作。例如U1的输入失调为VOS1,U2的输入失调为VOS2,需满足如下条件：

[0006] |VREF1-VREF|>|VOS1|+|VOS2|

[0007] 这会使得加速电路的动作时刻过晚，从而影响瞬态响应的效果。

发明内容

[0008] 本发明的目的是提供一种能够显著改善系统的瞬态响应特性的加速负反馈控制系统瞬态响应的方法。

[0009] 本发明的技术解决方案所述加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

[0010] ⑴将输出量或输出量的采样反馈信号VFB送至跨导放大器U1的反向输入端，将基准信号VREF送至跨导放大器U1的正向输入端，进行比较；

[0011] ⑵跨导放大器U1的输出电流流过电阻R并在电阻R两端产生电压降VR，所述电压降VR是跨导放大器U1两个输入端压差的比例放大；

[0012] ⑶电压比较器U2检测电阻R两端的电压降VR，电压比较器U2将电阻R两端的电压降VR与设定的阈值进行比较，当所述电压降VR超过设定阈值电压后，则电压比较器U2的输出信号Y1翻转，从而启动辅助电路来加速系统的瞬态响应。

[0013] 作为优选：所述辅助电路的实现方法，进一步包括：

[0014] ⑴通过改变频率补偿电阻值来改变频率补偿单元U3的零点位置，所述频率补偿单元U3由电阻与电容元件组成的网络构成，用来设置零点和极点位置实现系统的频率补偿；

[0015] ⑵对频率补偿单元U3的补偿电容进行加速充电，对补偿电容的充电电流是跨导放大器U1输出电流的比例放大；

[0016] ⑶跳过跨导放大器U1的输出误差控制信号对系统的输出能量增大或减小。

[0017] 作为优选：步骤⑵中所述输出电流的比例放大可选用：跨导放大器U1输出电流的镜像放大，或，将所述电阻R两端的电压降VR送至另一跨导放大器产生输出电流，用以给补偿电容充电。

[0018] 作为优选：

[0019] 跨导放大器的输出电流IO是运放输入端压差(VREF-VFB)与运放跨导Gm的乘积:IO＝(VREF-VFB)*Gm

[0020] 电阻R两端的压差为VR:VR＝IO*R＝(VREF-VFB)*Gm*R

[0021] 由上式可见，当满足Gm*R>1时VR是跨导放大器输入端压差VREF-VFB的比例放大。

[0022] 与现有技术相比，本发明的有益效果:

[0023] ⑴本发明加速了系统瞬态响应的速度，减小了输出量相对参考基准的偏离幅度。

[0024] ⑵本发明降低了电路对运放或比较器的输入失调电压的敏感度。

[0025] ⑶本发明通过比较电阻两端的电压降VR是否超过设定的阈值电压，可以实现更高的灵敏度并且降低对运放和比较器的输入失调的敏感性。当电阻两端电压降VR超过设定的阈值电压后，则电压比较器U2的输出信号Y1翻转，从而启动辅助电路来加速系统的瞬态响应。附图说明

[0026] 图1是传统负反馈控制系统加速瞬态响应的电路示意图；

[0027] 图2是本发明加速动态响应的电路；其中，VFB是输出量的采样反馈信号，VREF是基准信号，U1是跨导放大器，U2是电压比较器，U3是频率补偿单元；

[0028] 图3是本发明加速系统动态响应的效果示意图。

具体实施方式

[0029] 本发明下面将结合附图作进一步详述：

[0030] 请参阅图2所示，所述加速负反馈控制系统瞬态响应的方法，包括以下步骤：

[0031] ⑴将输出量或输出量的采样反馈信号VFB送至跨导放大器U1的反向输入端，将基准信号VREF送至跨导放大器U1的正向输入端，进行比较；

[0032] ⑵跨导放大器U1的输出电流流过电阻R并在电阻R两端产生电压降VR，所述电压降VR是跨导放大器U1两个输入端压差的比例放大；

[0033] ⑶电压比较器U2检测电阻R两端的电压降VR，电压比较器U2将电阻R两端的电压降VR与设定的阈值进行比较，当所述电压降VR超过设定阈值电压后，则电压比较器U2的输出信号Y1翻转，从而启动辅助电路来加速系统的瞬态响应。

[0034] 本实施例中，所述辅助电路的实现方法，进一步包括：

[0035] ⑴通过改变频率补偿电阻值来改变频率补偿单元U3的零点位置，所述频率补偿单元U3由电阻与电容元件组成的网络构成，用来设置零点和极点位置实现系统的频率补偿；

[0036] ⑵对频率补偿单元U3的补偿电容进行加速充电，对补偿电容的充电电流是跨导放大器U1输出电流的比例放大；

[0037] ⑶跳过跨导放大器U1的输出误差控制信号对系统的输出能量增大或减小。

[0038] 步骤⑵中所述输出电流的比例放大可选用：跨导放大器U1输出电流的镜像放大，或，将所述电阻R两端的电压降VR送至另一跨导放大器产生输出电流，用以给补偿电容充电。

[0039] 跨导放大器的输出电流IO是运放输入端压差(VREF-VFB)与运放跨导Gm的乘积:IO＝(VREF-VFB)*Gm

[0040] 电阻R两端的压差为VR:VR＝IO*R＝(VREF-VFB)*Gm*R

[0041] 由上式可见，当满足Gm*R>1时VR是跨导放大器输入端压差VREF-VFB的比例放大。

[0042] 请参阅图3所示，图3是本发明加速系统动态响应的效果示意图；其中实线是采用本发明提出的技术的VFB的瞬变响应波形图，其中虚线部分是传统的控制系统的VFB瞬态响应波形图。

[0043] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

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