CN110429820A - 一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，主要解决BOOST电路在进入或退出Down Mode的时候，电感电压发生瞬时突变，引起电感电流漂移，从而导致输出电压存在瞬态下冲或过冲的问题。该电路包括直流电源DC、电感L、PWM开关模块、采样放大模块、负载电容、负载Rload、比较器Q1、前馈脉冲产生器、Vc控制信号产生模块、比较器Q2、SR锁存器，以及与采样放大模块、比较器Q2的负极、SR锁存器均相连的PWM信号产生器；其中，SR锁存器还与PWM开关模块相连。本发明公开了一种基于上述控制电路的控制方法，通过上述设计，本发明整体电路采用前馈技术，减缓了输出电压存在瞬态下冲或过冲。因此，适于推广应用。

Description

一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路及控 制方法
技术领域
本发明涉及一种开关直流升压电路(BOOST电路)，具体地说，是涉及一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路及控制方法。
背景技术
瞬态响应，指系统在某一典型信号输入作用下，其系统输出量从初始状态到稳定状态的变化过程。瞬态响应也称动态响应或过渡过程或暂态响应。瞬态响应好的器材应当是信号一来就立即响应，信号一停就戛然而止，决不拖泥带水。
现有的BOOST电路在进行Down Mode切换时采用PWM模式，普通的PWM模式的BOOST电路在进入或退出Down Mode的时候，电感电压会有瞬时的突变，引起电感电流漂移，导致输出电压存在瞬态下冲或过冲。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制方法，主要解决BOOST电路在进入或退出Down Mode的时候，电感电压瞬时突变，引起电感电流漂移，从而导致输出电压存在瞬态下冲或过冲的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，包括负极接地的直流电源DC，与直流电源DC正极相连的电感L，一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极相连的PWM开关模块，与PWM开关模块相连用于采集电感电流的采样放大模块，一端与PWM开关模块和采样放大模块均相连且另一端接地的负载电容，并联于负载电容两端的负载Rload，正极与负载Rload和负载电容相连且负极与直流电源DC正极相连的比较器Q1，与比较器Q1的输出端相连的前馈脉冲产生器，与比较器Q1的正极相连的Vc控制信号产生模块，正极与Vc控制信号产生模块相连且负极与前馈脉冲产生器相连的比较器Q2，与比较器Q2的输出端相连的SR锁存器，以及与采样放大模块、比较器Q2的负极、SR锁存器均相连的PWM信号产生器；其中，SR锁存器还与PWM开关模块相连。
进一步地，所述PWM开关模块包括一端与电感L相连另一端与采样放大模块相连的开关S1，以及一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极和负载电容另一端相连的开关S2。
进一步地，所述采样放大模块包括一端与开关S1和负载电容均相连的采样电阻Ri，以及一端与采样电阻Ri相连另一端与PWM信号产生器相连的采样信号放大器Fm。
进一步地，所述负载电容包括一端与采样电阻Ri和负载Rload均相连的等效联电阻Resr，以及一端与等效联电阻Resr相连另一端接地的稳压电容Cload。
进一步地，所述Vc控制信号产生模块包括串联后一端与比较器Q1的正极相连且另一端接地的电阻R1、R2，正极与电阻R1、R2连接端相连负极与基准电压VREF相连的放大器Q3，以及串联后一端与放大器Q3的输出端相连另一端接地的补偿网络电阻Rc、补偿网络电容Cc；其中，放大器Q3的输出端与比较器Q2的正极相连。
本发明还提供了一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制方法，采用了上述改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，
(1)当BOOST电路退出Down Mode时，包括如下步骤：
(11)电感电压降低VGS，输出电流下降斜率减小，输出电压上升；
(12)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(13)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(14)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的过冲。
(2)当BOOST电路进入Down Mode时，包括如下步骤：
(21)电感电压升高VGS，输出电流下降斜率增大，输出电压下降；
(22)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(23)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(24)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的下冲。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的电路设计科学合理，电路结构简单，通过设置前馈脉冲发生器整体电路采用前馈技术，当电路检测到进入或退出Down Mode的时候，补偿进入或退出Down Mode时，输出电压的变化量，产生一个一定宽度的脉冲电流信号，调节环路中的RAMP信号电平，进而改变占空比，用来抵消电感电流的突变，减小输出电压的瞬态变化量，避免输出电压存在瞬态下冲或过冲，改善了BOOST电路在Down Mode切换时瞬态响应。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
图2为本发明-实施例的电感电流瞬态响应与现有技术的电感电流瞬态响应对比图。
具体实施方式
下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。
实施例
如图1所示，本发明公开的一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，包括负极接地的直流电源DC，与直流电源DC正极相连的电感L，一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极相连的PWM开关模块，与PWM开关模块相连用于采集电感电流的采样放大模块，一端与PWM开关模块和采样放大模块均相连且另一端接地的负载电容，并联于负载电容两端的负载Rload，正极与负载Rload和负载电容相连且负极与直流电源DC正极相连的比较器Q1，与比较器Q1的输出端相连的前馈脉冲产生器，与比较器Q1的正极相连的Vc控制信号产生模块，正极与Vc控制信号产生模块相连且负极与前馈脉冲产生器相连的比较器Q2，与比较器Q2的输出端相连的SR锁存器，以及与采样放大模块、比较器Q2的负极、SR锁存器均相连的PWM信号产生器；其中，SR锁存器还与PWM开关模块相连。
本发明所述的PWM开关模块包括一端与电感L相连另一端与采样放大模块相连的开关S1，以及一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极和负载电容另一端相连的开关S2。
本发明所述的所述采样放大模块包括一端与开关S1和负载电容均相连的采样电阻Ri，以及一端与采样电阻Ri相连另一端与PWM信号产生器相连的采样信号放大器Fm。
本发明所述的所述负载电容包括一端与采样电阻Ri和负载Rload均相连的等效联电阻Resr，以及一端与等效联电阻Resr相连另一端接地的稳压电容Cload。
本发明所述的Vc控制信号产生模块包括串联后一端与比较器Q1的正极相连且另一端接地的电阻R1、R2，正极与电阻R1、R2连接端相连负极与基准电压VREF相连的放大器Q3，以及串联后一端与放大器Q3的输出端相连另一端接地的补偿网络电阻Rc、补偿网络电容Cc；其中，放大器Q3的输出端与比较器Q2的正极相连。
基于上述的改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，本发明还提供了一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制方法：
(1)当BOOST电路退出Down Mode时，包括如下步骤：
(11)电感电压降低VGS，输出电流下降斜率减小，输出电压上升；
(12)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(13)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(14)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的过冲。
如图2所示，不失一般性的，假设这个前馈信号对占空比的改变量为ΔD，T表示一个时间周期，IL表示未采用前馈时，从Down Mode退出时的电感；IL’表示采用前馈时的电感电流。从图中可以看到，通过改变占空比，可以改善电感电流在Down Mode切换时，电流突变的趋势，从而改善输出电压的瞬态响应。
(2)当BOOST电路进入Down Mode时，包括如下步骤：
(21)电感电压升高VGS，输出电流下降斜率增大，输出电压下降；
(22)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(23)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(24)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的下冲。
通过上述设计，本发明通过设置前馈脉冲发生器，整体电路采用前馈技术，当电路检测到进入或退出Down Mode的时候，补偿进入或退出Down Mode时，输出电压的变化量，产生一个一定宽度的脉冲电流信号，调节环路中的RAMP信号电平，进而改变占空比，用来抵消电感电流的突变，减小输出电压的瞬态变化量，避免输出电压存在瞬态下冲或过冲，改善了BOOST电路在Down Mode切换时瞬态响应。因此，具有很高的使用价值和推广价值。
上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，其特征在于，包括负极接地的直流电源DC，与直流电源DC正极相连的电感L，一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极相连的PWM开关模块，与PWM开关模块相连用于采集电感电流的采样放大模块，一端与PWM开关模块和采样放大模块均相连且另一端接地的负载电容，并联于负载电容两端的负载Rload，正极与负载Rload和负载电容相连且负极与直流电源DC正极相连的比较器Q1，与比较器Q1的输出端相连的前馈脉冲产生器，与比较器Q1的正极相连的Vc控制信号产生模块，正极与Vc控制信号产生模块相连且负极与前馈脉冲产生器相连的比较器Q2，与比较器Q2的输出端相连的SR锁存器，以及与采样放大模块、比较器Q2的负极、SR锁存器均相连的PWM信号产生器；其中，SR锁存器还与PWM开关模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，其特征在于，所述PWM开关模块包括一端与电感L相连另一端与采样放大模块相连的开关S1，以及一端与电感L相连另一端与直流电源DC负极和负载电容另一端相连的开关S2。
3.根据权利要求2所述的一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，其特征在于，所述采样放大模块包括一端与开关S1和负载电容均相连的采样电阻Ri，以及一端与采样电阻Ri相连另一端与PWM信号产生器相连的采样信号放大器Fm。
4.根据权利要求3所述的一种用于改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，其特征在于，所述负载电容包括一端与采样电阻Ri和负载Rload均相连的等效联电阻Resr，以及一端与等效联电阻Resr相连另一端接地的稳压电容Cload。
5.根据权利要求4所述的一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，其特征在于，所述Vc控制信号产生模块包括串联后一端与比较器Q1的正极相连且另一端接地的电阻R1、R2，正极与电阻R1、R2连接端相连负极与基准电压VREF相连的放大器Q3，以及串联后一端与放大器Q3的输出端相连另一端接地的补偿网络电阻Rc、补偿网络电容Cc；其中，放大器Q3的输出端与比较器Q2的正极相连。
6.一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制方法，其特征在于，采用了如权利要求1～5任一项所述的一种改善BOOST在Down Mode切换时瞬态响应的控制电路，
(1)当BOOST电路退出Down Mode时，包括如下步骤：
(11)电感电压降低VGS，输出电流下降斜率减小，输出电压上升；
(12)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(13)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(14)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的过冲；
(2)当BOOST电路进入Down Mode时，包括如下步骤：
(21)电感电压升高VGS，输出电流下降斜率增大，输出电压下降；
(22)比较器Q1比较输出电压VOUT与输入电压VIN，产生up信号，产生的up信号进入前馈脉冲产生器，前馈脉冲产生器利用up信号产生一个脉冲信号FF pulse；PWM信号产生器接受到来自采样放大模块的信号产生RAMP信号和Clock时钟信号；放大器Q3接收来自输出电压的分压信号和基准电压进行比较产生控制信号Vc；
(23)脉冲信号FF puls注入到RAMP信号，改变RAMP信号的斜率，并通过比较器Q2与控制信号Vc进行比较产生控制信号PWM_OUT输出到SR锁存器；
(24)通过SR锁存器结合Clock时钟信号输出控制信号d改善退出Down Mode时输出信号的下冲。
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