CN106160468B - 改善瞬态响应特性的驱动电源系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源系统。一种改善瞬态响应特性的驱动电源系统，包括一驱动电源，用于提供一驱动电流至一受控负载；驱动电源包括：误差放大器，对一参考电压和一采样自驱动电流的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，误差放大器还于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变误差放大信号的大小；功率管，其栅极与误差放大信号连接，于误差放大信号的作用下以输出稳定的驱动电流。本发明于负载电流突变之前于一第二控制信号的作用下改变增益，可以减小驱动电流的波动，改善瞬态响应，确保系统稳定工作。

Description

改善瞬态响应特性的驱动电源系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电源系统。

背景技术

提供恒定驱动电流的驱动电源可以避免半导体光源由于工艺离散造成的正向压降差异，使各个半导体光源的电流一致，亮度均匀，多用于LED光源、半导体激光器等负载的驱动，其具有外围电路简单等优点，降低了设计和制造成本，然而，在实际应用中这种驱动电源也存在一些不足，如系统的瞬态响应迟缓，负载电流产生阶跃变化时驱动电流波动较大，典型的应用系统如图1和图2所示，当负载电流ILOAD跳变时，电路的驱动电流无法瞬态跟踪负载电流的快速变化，易于造成驱动电流较大波动，影响系统的稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改善瞬态响应特性的驱动电源系统，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：

改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其中，包括一驱动电源，所述驱动电源用于提供一驱动电流至一受控负载；所述驱动电源包括：

一误差放大器，对一参考电压和一采样自所述驱动电流的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，所述误差放大器还于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变所述误差放大信号的大小；

一功率管，其栅极与所述误差放大信号连接，于所述误差放大信号的作用下以输出稳定的所述驱动电流。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述第二控制信号通过一控制电路产生。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述控制电路还用于产生一第一控制信号，所述第一控制信号控制所述受控负载的负载电流增加或降低，所述控制电路于所述负载电流增加或降低之前的预定时间内产生所述第二控制信号。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述参考电压通过一电压产生电路产生，所述电压产生电路包括，

一电流源，连接于一工作电压和一接地端之间；

一分压电阻，串联于所述电流源与所述接地端之间；

所述参考电压自所述分压电阻与所述电流源相串联的点引出。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，一采样电阻串联于所述功率管与接地端之间，以所述采样电阻两端的电压降作为所述电压反馈信号。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述误差放大器包括，

工作电压端，用于输入所述工作电压；

第一输入端，用于输入一第一输入信号；

第二输入端，用于输入一第二输入信号；

输出端，用于输出所述误差放大信号；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于所述工作电压端、所述接地端、所述第一输入端、所述第二输入端及所述输出端之间，用于对所述第一输入信号和所述第二输入信号进行差分放大以输出所述误差放大信号；

所述差分放大电路中预定的所述MOS管的两端并联一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与预定的所述MOS管的栅极之间连接一开关支路，所述开关支路于所述第二控制信号的作用下导通或断开，以实现所述差分放大电路于所述具有第一增益的电路拓扑和所述具有第二增益的电路拓扑之间切换。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述差分放大电路包括，

第一PMOS管，其源极连接一第一交汇节点，其漏极连接一第二交汇节点，其栅极连接所述第一输入端；

第二PMOS管，其源极连接所述第一交汇节点，其漏极连接一第三交汇节点，其栅极连接所述第二输入端；

第三PMOS管，其栅极连接一第一偏置电压，其源极连接所述工作电压端，漏极连接所述第一交汇节点，于所述第一偏置电压的作用下提供第一偏置电流。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，还包括一第四PMOS管，并联于所述第三PMOS管的源极和漏极之间，所述第四PMOS管的栅极与所述第三PMOS管的栅极之间连接一第一开关支路，所述第一开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管同步工作，以改变所述第一偏置电流的大小。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述差分放大电路包括，

第一NMOS管，连接于所述第二交汇节点和电源地之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管，连接于所述第三交汇节点和电源地之间，其栅极连接所述第二偏置电压；

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管于所述第二偏置电压的作用下以产生第二偏置电流。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，所述差分放大电路还包括，

第三NMOS管，并联于所述第一NMOS管的源极和漏极之间，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极之间连接一第二开关支路，所述第二开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第三NMOS管与所述第一NMOS管同步工作；

第四NMOS管，并联于所述第二NMOS管的源极和漏极之间，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极之间连接一第三开关支路，所述第三开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第四NMOS管与所述第二NMOS管同步工作。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明于负载电流突变之前于一第二控制信号的作用下使所述误差放大器于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变增益，可以减小驱动电流的波动，改善瞬态响应，确保系统稳定工作。

附图说明

图1为传统的电源系统结构图；

图2为传统的电源系统中驱动电流和第一控制信号的波形图；

图3为本发明的电源系统结构图；

图4为本发明的驱动电源结构示意图；

图5为本发明的驱动电流、第一控制信号、误差放大信号及第二控制信号的波形图；

图6为本发明的误差放大器的电路结构示意图；

图7为本发明的第一开关支路示意图；

图8为本发明的第二开关支路示意图；

图9为本发明的第三开关支路示意图。

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、图5，改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其中，包括一驱动电源1，驱动电源1用于提供一驱动电流Iout至一受控负载3；驱动电源1包括：

一误差放大器EA，对一参考电压Vref和一采样自驱动电流Iout的电压反馈信号Vfb进行比较产生一误差放大信号，误差放大器EA还于一第二控制信号s2的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变误差放大信号的大小；

一功率管MOS，其栅极与误差放大信号连接，于误差放大信号的作用下以输出稳定的驱动电流Iout。

本发明于负载电流突变之前于一第二控制信号s2的作用下使误差放大器EA于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变增益，可以减小驱动电流Iout的波动。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，第二控制信号s2通过一控制电路2产生。该控制电路2还用于产生一第一控制信号s1，第一控制信号s1控制受控负载3的负载电流增加或降低，控制电路2于负载电流增加或降低之前的预定时间内产生第二控制信号s2。如当系统需要切换为重负载时，控制电路2提前设定时间产生第二控制信号s2以改变误差放大信号的大小，使得误差放大信号Iea增加，以减小驱动电流Iout的波动。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，参考电压Vref可以通过一电压产生电路产生，电压产生电路包括，

一电流源Iref，连接于一工作电压VDD和一接地端GND之间；

一分压电阻R1，串联于电流源Iref与接地端GND之间；

参考电压Vref自分压电阻R1与电流源Iref相串联的点引出。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，一采样电阻R2串联于功率管MOS与接地端GND之间，以采样电阻R2两端的电压降作为电压反馈信号Vfb。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，参照图6，误差放大器EA可以包括，

工作电压端，用于输入一工作电压VDD；

第一输入端Vin1，用于输入一第一输入信号；

第二输入端Vin2，用于输入一第二输入信号；

输出端EAout，用于输出误差放大信号Iea；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于工作电压端、接地端、第一输入端Vin1、第二输入端Vin2及输出端EAout之间，用于对第一输入信号和第二输入信号进行差分放大以输出误差放大信号；

差分放大电路中预定的MOS管的两端并联一第二MOS管，第二MOS管的栅极与预定的MOS管的栅极之间连接一开关支路，开关支路于第二控制信号s2的作用下导通或断开，以实现差分放大电路于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换。即上述各开关支路导通时，差分放大电路的电路拓扑具有第一增益，而当各开关支路断开时，差分放大电路的电路拓扑具有第二增益，以实现控制切换。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，差分放大电路可以包括，

第一PMOS管M1，其源极连接一第一交汇节点A，其漏极连接一第二交汇节点X，其栅极连接第一输入端Vin1；

第二PMOS管M2，其源极连接第一交汇节点A，其漏极连接一第三交汇节点Y，其栅极连接第二输入端Vin2；

第三PMOS管M11，其栅极连接一第一偏置电压Vb5，其源极连接工作电压VDD，漏极连接第一交汇节点A，于第一偏置电压Vb5的作用下提供第一偏置电流。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，还包括一第四PMOS管M12，并联于第三PMOS管M11的源极和漏极之间，第四PMOS管M12的栅极与第三PMOS管M11的栅极之间连接一第一开关支路，第一开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第二PMOS管M2与第一PMOS管M1同步工作，以改变第一偏置电流的大小。如图7所示，第一开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四PMOS管M12的栅极Vb6与第一偏置电压Vb5连通。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，差分放大电路包括，

第一NMOS管M5，连接于第二交汇节点X和电源地GND之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管M6，连接于第三交汇节点Y和电源地之间，其栅极连接第二偏置电压Vb4；

第一NMOS管M5和第二NMOS管M6于第二偏置电压Vb4的作用下以产生第二偏置电流。

本发明的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，差分放大电路还可以进一步包括，

第三NMOS管M13，并联于第一NMOS管M5的源极和漏极之间，第三NMOS管M13的栅极与第一NMOS管M5的栅极之间连接一第二开关支路，第二开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第三NMOS管M13与第一NMOS管M5同步工作；如图8所示，第二开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第三NMOS管M13的栅极Vb7与第二偏置电压Vb4连通；

第四NMOS管M14，并联于第二NMOS管M6的源极和漏极之间，第四NMOS管M14的栅极与第二NMOS管M6的栅极之间连接一第三开关支路，第三开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四NMOS管M14与第二NMOS管M6同步工作。如图9所示，第三开关支路于第二控制信号s2的作用下导通时，第四NMOS管M14的栅极Vb8与第二偏置电压Vb4连通。

参照图5的波形图可以看出，相比于现有技术的波形图2，本发明于负载电流突变之前于一第二控制信号的作用下使所述误差放大器于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变增益，可以减小驱动电流的波动，改善瞬态响应，确保系统稳定工作。

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.改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，包括一驱动电源，所述驱动电源用于提供一驱动电流至一受控负载；所述驱动电源包括：

一误差放大器，对一参考电压和一采样自所述驱动电流的电压反馈信号进行比较产生一误差放大信号，所述误差放大器还于一第二控制信号的作用下于具有第一增益的电路拓扑和具有第二增益的电路拓扑之间切换以改变所述误差放大信号的大小；

一功率管，其栅极与所述误差放大信号连接，于所述误差放大信号的作用下以输出稳定的所述驱动电流；

所述误差放大器包括，

工作电压端，用于输入所述工作电压；

第一输入端，用于输入一第一输入信号；

第二输入端，用于输入一第二输入信号；

输出端，用于输出所述误差放大信号；

复数个MOS管组成的差分放大电路，可控制地连接于所述工作电压端、一接地端、所述第一输入端、所述第二输入端及所述输出端之间，用于对所述第一输入信号和所述第二输入信号进行差分放大以输出所述误差放大信号；

所述差分放大电路中预定的所述MOS管的两端并联一第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与预定的所述MOS管的栅极之间连接一开关支路，所述开关支路于所述第二控制信号的作用下导通或断开，以实现所述差分放大电路于所述具有第一增益的电路拓扑和所述具有第二增益的电路拓扑之间切换。

2.根据权利要求1所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述第二控制信号通过一控制电路产生。

3.根据权利要求2所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述控制电路还用于产生一第一控制信号，所述第一控制信号控制所述受控负载的负载电流增加或降低，所述控制电路于所述负载电流增加或降低之前的预定时间内产生所述第二控制信号。

4.根据权利要求1所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述参考电压通过一电压产生电路产生，所述电压产生电路包括，

一电流源，连接于一工作电压和所述接地端之间；

一分压电阻，串联于所述电流源与所述接地端之间；

所述参考电压自所述分压电阻与所述电流源相串联的点引出。

5.根据权利要求1所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，一采样电阻串联于所述功率管与接地端之间，以所述采样电阻两端的电压降作为所述电压反馈信号。

6.根据权利要求1所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述差分放大电路包括，

第一PMOS管，其源极连接一第一交汇节点，其漏极连接一第二交汇节点，其栅极连接所述第一输入端；

第二PMOS管，其源极连接所述第一交汇节点，其漏极连接一第三交汇节点，其栅极连接所述第二输入端；

第三PMOS管，其栅极连接一第一偏置电压，其源极连接所述工作电压端，漏极连接所述第一交汇节点，于所述第一偏置电压的作用下提供第一偏置电流。

7.根据权利要求6所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，还包括一第四PMOS管，并联于所述第三PMOS管的源极和漏极之间，所述第四PMOS管的栅极与所述第三PMOS管的栅极之间连接一第一开关支路，所述第一开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第二PMOS管与所述第一PMOS管同步工作，以改变所述第一偏置电流的大小。

8.根据权利要求6所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述差分放大电路包括，

第一NMOS管，连接于所述第二交汇节点和电源地之间，其栅极连接一第二偏置电压；

第二NMOS管，连接于所述第三交汇节点和电源地之间，其栅极连接所述第二偏置电压；

所述第一NMOS管和所述第二NMOS管于所述第二偏置电压的作用下以产生第二偏置电流。

9.根据权利要求8所述的改善瞬态响应特性的驱动电源系统，其特征在于，所述差分放大电路还包括，

第三NMOS管，并联于所述第一NMOS管的源极和漏极之间，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的栅极之间连接一第二开关支路，所述第二开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第三NMOS管与所述第一NMOS管同步工作；

第四NMOS管，并联于所述第二NMOS管的源极和漏极之间，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的栅极之间连接一第三开关支路，所述第三开关支路于所述第二控制信号的作用下导通时，所述第四NMOS管与所述第二NMOS管同步工作。