CN109002077B - 一种瞬态增强电路 - Google Patents

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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc using semiconductor devices in series with the load as final control devices
    • G05F1/561—Voltage to current converters

Abstract

一种瞬态增强电路，属于集成电路技术领域。包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和运算放大器，第四电容C4的一端作为瞬态增强电路的输入端，其另一端连接运算放大器的正向输入端并通过第五电阻R5和第七电阻R7的串联结构后接地；第五电阻R5和第七电阻R7的串联点连接第六电阻R6的一端并通过第五电容C5后接地，第六电阻R6的另一端连接工作电压；第四电阻R4的一端连接运算放大器的负向输入端和输出端，其另一端通过第三电容C3后作为瞬态增强电路的输出端。本发明提出的一种瞬态增强电路能够应用于DC‑DC转换器中用于提高DC‑DC转换器的瞬态响应速度。

Description

一种瞬态增强电路
技术领域
本发明属于集成电路技术领域，涉及一种瞬态增强电路，具体涉及一种应用于DC-DC转换器中提高DC-DC转换器响应速度的增强瞬态电路。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，各类电子产品成为了人们生活中的必须品。电源是电子设备的部件之一，电源的好坏直接决定了电子产品使用寿命的长短和续航能力的高低。目前电源发展主要有两类，一个是线性电源，一个是开关电源。其中开关电源因为其功耗小、成本低、效率高等特点被广泛使用。
DC-DC变换器是开关电源的重要部分，DC-DC转换器的负载瞬态响应又是衡量DC-DC转换器性能好坏的一个重要指标。当DC-DC变换器在各种模式之间快速切换的时候，瞬态响应好的DC-DC变换器能够保证转换的速度和稳定性。因此，提高DC-DC转换器的瞬态响应速度也成为提升电路性能的关键。
发明内容
针对上述DC-DC变换器在瞬态响应方面的问题，本发明提出了一种瞬态增强电路，能够应用于DC-DC转换器中用于提高DC-DC转换器的瞬态响应速度。
本发明的技术方案是：
一种瞬态增强电路，包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和运算放大器，
第四电容C4的一端作为所述瞬态增强电路的输入端，其另一端连接运算放大器的正向输入端并通过第五电阻R5和第七电阻R7的串联结构后接地；
第五电阻R5和第七电阻R7的串联点连接第六电阻R6的一端并通过第五电容C5后接地，第六电阻R6的另一端连接工作电压；
第四电阻R4的一端连接运算放大器的负向输入端和输出端，其另一端通过第三电容C3后作为所述瞬态增强电路的输出端。
具体的，所述工作电压为5V，由低压差线性稳压器提供。
具体的，所述瞬态增强电路应用于DC-DC转换器，所述瞬态增强电路的输入端连接所述DC-DC转换器的输出电压，所述瞬态增强电路的输出端连接所述DC-DC转换器的反馈电压。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种瞬态增强电路，能够应用于DC-DC转换器中，通过在DC-DC转换器环路中引入两个零点和和两个极点，拓宽了DC-DC转换器环路的带宽，增强了DC-DC转换器负载瞬态响应的速度。
附图说明
图1为没有应用瞬态增强电路的DC-DC转换器的环路拓扑图。
图2为应用了本发明提出的瞬态增强电路的DC-DC转换器的环路拓扑图。
图3为本发明提出的一种瞬态增强电路的工作原理图。
图4为本发明提出的一种瞬态增强电路在DC-DC转换器的反馈电压处的戴维宁等效图，其中图4(a)是第一激励信号Vtest经过T1信号传递通路在FB节点处计算第一反馈电压VFB1的戴维宁等效图，图4(b)是第一激励信号Vtest经过T2信号传递通路在FB节点处计算第二反馈电压VFB2的戴维宁等效图，图4(c)是计算FB节点处的等效阻抗RFB的戴维宁等效图，图4(d)是本发明的戴维宁等效图。
图5为DC-DC转换器在没有应用瞬态增强和应用了本发明提出的瞬态增强电路的环路波特图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的阐述。
本发明提出的瞬态增强电路包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7和运算放大器，第四电容C4的一端作为瞬态增强电路的输入端，其另一端连接运算放大器的正向输入端并通过第五电阻R5和第七电阻R7的串联结构后接地；第五电阻R5和第七电阻R7的串联点连接第六电阻R6的一端并通过第五电容C5后接地，第六电阻R6的另一端连接工作电压；第四电阻R4的一端连接运算放大器的负向输入端和输出端，其另一端通过第三电容C3后作为瞬态增强电路的输出端。
其中第六电阻R6连接的工作电压可以由一个低压差线性稳压器LDO产生一个稳定的5V电压提供，工作电压用于为瞬态增强电路中的运算放大器提供一个直流工作点。
本发明提出的瞬态增强电路能够用于DC-DC转换器中用于提高DC-DC转换器的瞬态响应速度，其中瞬态增强电路的输入端连接DC-DC转换器的输出电压VOUT，瞬态增强电路的输出端连接DC-DC转换器的反馈电压VFB。
下面结合附图，对没有瞬态增强和应用了本发明的瞬态增强电路的DC-DC转换器进行分析。
如图1所示，是没有瞬态增强的传统DC-DC转换器的环路拓扑图，图2所示是将本发明提出的瞬态增强电路应用于DC-DC转换器的环路拓扑图。为了分析加入的瞬态增强电路对DC-DC转换器环路的影响，在图2所示拓扑图的DC-DC转换器的输出节点处进行断环，断环之后，在断环点处加一个第一激励信号Vtest用于分析DC-DC转换器环路的传递函数。添加完激励的瞬态增强电路如图3所示，从图3中可以看出，第一激励信号Vtest到DC-DC转换器的反馈电压处，即FB节点处一共有两条信号传递通路，分别是T1信号传递通路和T2信号传递通路。为了便于分析，在FB节点处对图3所示的瞬态增强电路进行戴维宁等效，运用叠加法计算戴维宁等效电压，首先计算第一激励信号Vtest经过T1信号传递通路在FB节点处的等效电压即第一反馈电压VFB1，其示意图如图4(a)所示，从图4(a)中可以得到第一激励信号Vtest和第一反馈电压VFB1的关系为：
Figure BDA0001768505790000031
其中，RBIAS是为FB节点提供偏置电压的电阻；
Figure BDA0001768505790000032
为第三电容C3的电容阻抗，s表示拉普拉斯变换中表示频率的符号，gm为运算放大器的跨导，
Figure BDA0001768505790000033
表示运算放大器的阻抗。
然后计算第一激励信号Vtest经过T2信号传递通路在FB节点处的等效电压即第二反馈电压VFB2，其示意图如图4(b)所示，从图中可以得到第一激励信号Vtest和运算放大器输出电压V-的关系为：
Figure BDA0001768505790000034
其中Z1＝R5+(R6∥R7∥1/sC5)，而从运算放大器输出电压V-到第二反馈电压VFB2的关系为：
Figure BDA0001768505790000041
由(2)式和(3)式可以得到第一激励信号Vtest和第二反馈电压VFB2的关系为：
Figure BDA0001768505790000042
因为第一激励信号Vtest在FB节点处的戴维宁等效电压即最终反馈电压VFB是第一反馈电压VFB1和第二反馈电压VFB2的叠加，所以，联合(1)式和(4)式可以得到应用本发明提出的瞬态增强电路的DC-DC转换器的最终反馈电压VFB为：
Figure BDA0001768505790000043
其中
Figure BDA0001768505790000044
计算FB节点处的戴维宁等效阻抗RFB如图4(c)所示，则戴维宁等效阻抗RFB为：
Figure BDA0001768505790000045
图3所示的本发明提出的瞬态响应电路的戴维宁等效如图4(d)所示。
为了方便比较，也对图1所示的没有应用瞬态增强的DC-DC转换器进行断环处理，断环点在DC-DC转换器的输出节点处。断环之后，在断环处加第二激励信号V'test，对第二激励信号V'test和FB节点之间的电路进行戴维宁等效处理，得到的等效电压V'FB和等效阻抗R'FB分别是：
Figure BDA0001768505790000051
R'FB＝(RBIAS∥R3) (8)
对比(5)式和(7)式，以及(6)式和(8)式可以看出：在DC-DC转换器环路中增加本发明提出的瞬态增强电路仅在DC-DC转换器环路中增加了一对零点和一对极点，并不会影响到环路的低频增益。
如图5(a)所示是没有瞬态增强的DC-DC转换器环路的波特图，图5(b)所示是运用了本发明提出的瞬态增强电路的DC-DC转换器环路的波特图，其中横坐标的f表示DC-DC转换器的频率，纵坐标表示DC-DC转换器的增益，由于瞬态增强电路没有改变DC-DC转换器环路的低频增益，但是又引入了一对零点和一对极点，使得环路的带宽从fc1拓展到了fc2。因此，当DC-DC转换器负载发生跳变的时候，DC-DC转换器中EA运放的响应速度更快，在DC-DC转换器输出节点的上下冲波形峰值变小。
综上所述，本发明提出的瞬态增强电路，通过在DC-DC转换器环路中引入两个零点和两个极点，拓宽了DC-DC转换器环路的带宽，增强了DC-DC转换器负载瞬态响应的速度，且不会影响到DC-DC转换器环路的低频增益。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种瞬态增强电路，其特征在于，所述瞬态增强电路应用于DC-DC转换器，所述瞬态增强电路包括第三电容(C3)、第四电容(C4)、第五电容(C5)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和运算放大器，
第四电容(C4)的一端作为所述瞬态增强电路的输入端连接所述DC-DC转换器的输出电压，其另一端连接运算放大器的正向输入端并通过第五电阻(R5)和第七电阻(R7)的串联结构后接地；
第五电阻(R5)和第七电阻(R7)的串联点连接第六电阻(R6)的一端并通过第五电容(C5)后接地，第六电阻(R6)的另一端连接工作电压；
第四电阻(R4)的一端连接运算放大器的负向输入端和输出端，其另一端通过第三电容(C3)后作为所述瞬态增强电路的输出端连接所述DC-DC转换器的反馈电压。
2.根据权利要求1所述的瞬态增强电路，其特征在于，所述工作电压为5V，由低压差线性稳压器提供。
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