CN105337497B - 改善直流升压电路瞬态响应的系统 - Google Patents

Abstract

改善直流升压电路瞬态响应的系统，涉及一种电路系统。包括一直流升压电路，产生输出电压至受控负载；一控制电路可控制的向直流升压电路输出第一控制信号，还可控制的于相应的第一控制信号产生之后的预定时间向受控负载输出第二控制信号；直流升压电路包括一占空比控制单元，于第一控制信号作用下可选择地与至少两路基准电压中的一路连接，并根据基准电压及一电压反馈信号、一电流检测信号和一时钟信号生成脉冲调制信号；一设置有储能元件的升压工作电路，于脉冲调制信号的作用下在充电模式和放电模式之间切换。本发明使得在负载电流发生瞬变时，输出电压也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

Description

改善直流升压电路瞬态响应的系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电路系统。

背景技术

在各种终端设备、通信设备等电子设备中，直流升压电路被广泛应用，其能够将直流电源提升至所需的电压值，工作原理简单、可靠性高、减小整个系统的体积和重量，尤其适用于电池供电的系统中，其电压电流的稳定性、电压调整率、负荷调整率等因素将直接影响到用电及通信设备的正常运行，严重时还将影响到设备的安全性。现有技术一种常见的系统结构如图1所示，包括一受控负载，一直流升压电路，一控制电路，系统在工作过程中，当需要增加一受控负载工作时，控制电路直接发送控制信号给受控负载，直流升压电路提供输出电压给受控负载，现有系统的电压-时间或电流-时间的波形图如图2所示，这种控制系统存在的缺点是：受控负载的突然增加或减小使得输出电压波动较大，会造成输出电压波动较大，影响系统的稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改善直流升压电路瞬态响应的系统，解决以上技术问题；

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

改善直流升压电路瞬态响应的系统，其中，包括一直流升压电路，所述直流升压电路产生输出电压并输出至受控负载；还包括一控制电路，所述控制电路包括：

第一控制信号输出端，与所述直流升压电路连接，并可控制的向所述直流升压电路输出第一控制信号；

第二控制信号输出端，与所述受控负载连接，并可控制的于相应的所述第一控制信号产生之后的预定时间向所述受控负载输出第二控制信号；

所述受控负载于所述第二控制信号控制下改变工作电流；

所述直流升压电路包括：

一基准电压产生电路，用于产生具有不同电压值的至少两路基准电压；

一占空比控制单元，至少两路具有不同电压值的基准电压于所述第一控制信号作用下可选择地提供一路基准电压至所述占空比控制单元，所述占空比控制单元根据所述基准电压及一电压反馈信号、一电流检测信号和一时钟信号生成脉冲调制信号；

一开关器件组，于所述脉冲调制信号的作用下交替导通或关断；

一设置有储能元件的升压工作电路，于所述开关器件组的作用下于充电模式和放电模式之间切换。

优选地，所述占空比控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器，用于产生所述时钟信号；

一PWM控制器，依据所述比较信号和所述时钟信号产生所述脉冲调制信号。

优选地，所述升压工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一交汇结点与一接地端之间；

一充放电支路，连接于一输入电压端与所述交汇结点之间，所述储能元件串联于所述充放电支路上；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出电压端之间；

所述升压工作电路于充电模式时，所述开关器件组控制所述充电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述放电控制支路断开，使所述输入电压端输入的电流对所述储能元件充电；

所述升压工作电路于放电模式时，所述开关器件组控制所述放电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出电压端放电。

优选地，所述直流升压电路包括一选择开关，所述选择开关的输入端与至少两路所述基准电压连接，所述选择开关的控制端连接所述第一控制信号，于所述第一控制信号的作用下选择一路所述基准电压输出至所述占空比控制单元。

优选地，所述直流升压电路还包括一反馈网络，连接于所述输出电压端与所述接地端之间，用以产生所述电压反馈信号。

优选地，所述直流升压电路还包括一电流检测电路，可控制的并联于所述交汇结点与所述接地端之间，用以根据所述脉冲调制信号产生所述电流检测信号。

优选地，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出电压端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点；所述电压反馈信号自预定的分压节点处引出。

优选地，所述电流检测电路包括：

一受所述脉冲调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上；

一检测电阻，与所述检测控制开关串联于所述电流检测电路上；

一电流检测及补偿单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；所述电流检测及补偿单元还与所述时钟信号连接，用于对检测电流进行补偿。

优选地，所述检测控制开关采用N沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管。

优选地，所述控制电路于增加所述受控负载之前，产生所述第一控制信号。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明在改变受控负载之前，控制直流升压电路的基准电压进行相应改变，使得在负载电流发生瞬变时，直流升压电路的输出电压也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

附图说明

图1为现有技术的系统架构示意图；

图2为现有技术的受控负载突然增加时输出电压瞬态响应及受控负载电流的波形图；

图3为本发明的直流升压电路示意图；

图4为本发明的系统架构示意图；

图5为本发明的主要信号的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

参照图3、图4，改善直流升压电路瞬态响应的系统，其中，包括一直流升压电路1，直流升压电路1产生输出电压并输出至受控负载3；还包括一控制电路2，控制电路2包括：

第一控制信号输出端，与直流升压电路1连接，并可控制的向直流升压电路1输出第一控制信号s1；

第二控制信号输出端，与受控负载3连接，并可控制的于相应的第一控制信号s1产生之后的预定时间向受控负载3输出第二控制信号s2；

受控负载3于第二控制信号s2控制下改变工作电流；

直流升压电路1包括：

一基准电压产生电路，用于产生具有不同电压值的至少两路基准电压；

一占空比控制单元，至少两路具有不同电压值的基准电压于第一控制信号s1作用下可选择地提供一路基准电压至占空比控制单元，占空比控制单元根据基准电压Vref及一电压反馈信号Vfb、一电流检测信号和一时钟信号生成脉冲调制信号；

一开关器件组，于脉冲调制信号的作用下交替导通或关断；

一设置有储能元件的升压工作电路，于开关器件组的作用下于充电模式和放电模式之间切换。

作为本发明的一种优选的实施例，占空比控制单元包括，

一误差放大器12，用于对基准电压Vref与电压反馈信号Vfb进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器13，用于对误差放大信号与电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器15，用于产生时钟信号；

一PWM控制器14，依据比较信号和时钟信号产生脉冲调制信号。

作为本发明的一种优选的实施例，升压工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一交汇结点Lx与一接地端GND之间；

一充放电支路，连接于一输入电压端VDD与交汇结点Lx之间，储能元件串联于充放电支路上；优选地，储能元件采用一储能电感L。

一放电控制支路，连接于交汇结点Lx与输出电压端Vout之间；

升压工作电路于充电模式时，开关器件组控制充电控制支路及充放电支路导通，并控制放电控制支路断开，使输入电压端VDD输入的电流对储能元件充电；

升压工作电路于放电模式时，开关器件组控制放电控制支路及充放电支路导通，并控制充电控制支路断开，使储能元件对输出电压端Vout放电。

作为本发明的一种优选的实施例，直流升压电路1包括一选择开关11，选择开关11的输入端与至少两路基准电压连接，选择开关11的控制端连接第一控制信号s1，选择开关11于第一控制信号s1的作用下选择一路基准电压输出。

作为本发明的一种优选的实施例，选择开关11具有多个信号输入端及一个信号输出端，一个信号输入端连接一路基准电压，信号输出端连接误差放大器12，以提供基准电压Vref至误差放大器12。

作为本发明的一种优选的实施例，直流升压电路1还包括一反馈网络18，连接于输出电压端Vout与接地端GND之间，用以产生电压反馈信号。

作为本发明的一种优选的实施例，反馈网络18主要由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于输出电压端Vout与接地端GND之间的分压电阻，分压电阻间相连接的点形成分压节点；电压反馈信号Vfb自预定的分压结点Lx处引出。作为一种具体实施例，反馈网络18包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联，电压反馈信号Vfb自第一电阻R1与第二电阻R2相连接的点引出。

作为本发明的一种优选的实施例，直流升压电路1还包括一电流检测电路，可控制的并联于交汇节点Lx与接地端GND之间，用以根据脉冲调制信号产生电流检测信号。

作为本发明的一种优选的实施例，电流检测电路包括：

一受脉冲调制信号控制通断的检测控制开关Msense，连接于电流检测电路上；

一检测电阻Rs，与检测控制开关Msense串联于电流检测电路上。

一电流检测及补偿单元17，连接检测电阻Rs的两端，用以检测流过检测电阻Rs的电流；电流检测及补偿单元17还与时钟信号连接，用于对检测电流进行补偿，目的在于稳定电流检测环路。

作为本发明的一种优选的实施例，输出电压端Vout与接地端GND之间串联一滤波电容C1。

作为本发明的一种优选的实施例，充电控制支路上串联一第一开关器件Mn，放电控制支路上串联一第二开关器件Mp，第一开关器件Mn采用N沟道金属氧化物半导体场效晶体管，检测控制开关Msense也采用N沟道金属氧化物半导体场效晶体管。第二开关器件Mp采用P沟道金属氧化物半导体场效晶体管。PWM控制器提供脉冲调制信号至第一开关器件Mp、第二开关器件Mp和检测控制开关Msense的栅极，以实现晶体管的导通与关断。

作为本发明的一种优选的实施例，第二控制信号输出端输出第二控制信号s2至受控负载3之前，第一控制信号s1输出端输出第一控制信号s1至直流升压电路1。即第二控制信号s2相比第一控制信号s1有一设定时间的延迟，以保证受控负载3接入系统之前，输出电压Vout已相应改变。

本发明可以在系统需要增加或减小受控负载3之前，控制直流升压电路1选择设定的基准电压，以使得输出电压Vout改变，使得在负载电流发生瞬变时，输出电压Vout也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

参照图4，一种具体实施例，本发明可以包括两个基准电压，分别为第一基准电压Vref1和第二基准电压Vref2，其中一个基准电压的电压值大于另一基准电压的电压值，如第一基准电压Vref1为0.5V，第二基准电压Vref2为0.56V或0.6V，误差放大器12反相输入端(-)接受选择开关11输出的参考电压Vref，其同相输入端(+)输入电压反馈信号Vfb，误差放大器12比较参考电压Vref与取样电压Vfb的差值，产生误差放大信号连接比较器13的同相输入端(+)，比较器13的反相输入端(-)连接电流检测信号以产生比较信号提供给PWM控制器14。还包括一过零检测电路16，过零检测电路16的输出端与PWM控制器5连接。可以采用现有技术的过零检测电路来实现，在此不作赘述。在受控负载需要增加时，通过第一控制信号s1控制线性稳压电路1选择比当前基准电压较大的基准电压，使得在受控负载接入之间，输出电压抬升，目的在于在负载电流发生瞬变时，输出电压Vout也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应。

结合图5所示的波形图可以看出，采用本发明的控制系统可以使得负载增加时，输出电压波动较小，有利于系统的稳定工作。

本发明的基准电压产生电路可以通过带隙基准电压源提供。带隙基准电压源因具有低的温度系数、高电源抑制比、温度性好等优点，被广泛采用。通过带隙基准电压源产生与电源、工艺、温度无关的基准电压。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，包括一直流升压电路，所述直流升压电路产生输出电压并输出至受控负载；还包括一控制电路，所述控制电路包括：

第一控制信号输出端，与所述直流升压电路连接，并可控制的向所述直流升压电路输出第一控制信号；

第二控制信号输出端，与所述受控负载连接，并可控制的于相应的所述第一控制信号产生之后的预定时间向所述受控负载输出第二控制信号；

所述受控负载于所述第二控制信号控制下改变工作电流；

所述直流升压电路包括：

一基准电压产生电路，用于产生具有不同电压值的至少两路基准电压；

一占空比控制单元，至少两路具有不同电压值的基准电压于所述第一控制信号作用下可选择地提供一路基准电压至所述占空比控制单元，所述占空比控制单元根据所述基准电压及一电压反馈信号、一电流检测信号和一时钟信号生成脉冲调制信号；

一开关器件组，于所述脉冲调制信号的作用下交替导通或关断；

一设置有储能元件的升压工作电路，于所述开关器件组的作用下于充电模式和放电模式之间切换；

所述直流升压电路还包括一输出电压端和一反馈网络，连接于所述输出电压端与一接地端之间，用以产生所述电压反馈信号。

2.根据权利要求1所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述占空比控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器，用于产生所述时钟信号；

一PWM控制器，依据所述比较信号和所述时钟信号产生所述脉冲调制信号。

3.根据权利要求1所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述升压工作电路包括，

一充电控制支路，连接于一交汇结点与所述接地端之间；

一充放电支路，连接于一输入电压端与所述交汇结点之间，所述储能元件串联于所述充放电支路上；

一放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述输出电压端之间；

所述升压工作电路于充电模式时，所述开关器件组控制所述充电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述放电控制支路断开，使所述输入电压端输入的电流对所述储能元件充电；

所述升压工作电路于放电模式时，所述开关器件组控制所述放电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出电压端放电。

4.根据权利要求2所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述直流升压电路包括一选择开关，所述选择开关的输入端与至少两路所述基准电压连接，所述选择开关的控制端连接所述第一控制信号，于所述第一控制信号的作用下选择一路所述基准电压输出至所述占空比控制单元。

5.根据权利要求3所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述直流升压电路还包括一电流检测电路，可控制的并联于所述交汇结点与所述接地端之间，用以根据所述脉冲调制信号产生所述电流检测信号。

6.根据权利要求1所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出电压端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点；所述电压反馈信号自预定的分压节点处引出。

7.根据权利要求5所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述电流检测电路包括：

一受所述脉冲调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上；

一检测电阻，与所述检测控制开关串联于所述电流检测电路上；

一电流检测及补偿单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；所述电流检测及补偿单元还与所述时钟信号连接，用于对检测电流进行补偿。

8.根据权利要求7所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述检测控制开关采用N沟道的金属氧化物半导体场效应晶体管。

9.根据权利要求1所述的改善直流升压电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述控制电路于增加所述受控负载之前，产生所述第一控制信号。