CN112383224B - 一种提高瞬态响应的boost电路及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高瞬态响应的BOOST电路及其应用方法，该电路包括一BOOST变换器，用于产生一高于输入电压的输出电压，一电流采样模块，用于产生电流检测信号，一开关器件，于一PWM调制信号控制通断，一控制单元，用于在一基准电压、一输出电压的电压反馈信号、一电流检测信号及一斜坡补偿电压的作用下产生PWM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号，一输出电压斜率采样模块，用于采样开关器件关断时间内输出电压的下降斜率。本发明可以减小电感电流变化到最终负载电流的时间，从而改善BOOST的瞬态响应速度，以确保系统稳定。

Description

一种提高瞬态响应的BOOST电路及其应用方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种提高瞬态响应的BOOST电路以及应用于该电路的应用方法。

背景技术

近年来随着消费类电子产品的迅速发展，对电源的负载瞬态要求越来越高。BOOST变换器可以实现电压的升高输出，是实际应用当中非常广泛的一种变换器，但是传统的BOOST变换器由于右半平面零点的影响，其穿越频率必须小于这个零点的一半，因而其带宽不会很大，负载瞬态响应速度很慢。

专利申请号为CN201510134253.2的发明申请公开了一种改善瞬态响应的BOOST电路，该专利为解决瞬态响应问题(只包含了轻载转重载)，在负载瞬态增加时，产生一个预定大的占空比，比较99％的占空比信号，使负载电容充分充电，减少输出电压的下降。

如图1所示，图1为此专利改善瞬态响应的原理图，图中BOOST采用的是PFM/PWM双模控制，即轻载下工作于PFM，重载下工作于PWM，解决的问题是从PFM向PWM切换的瞬态过程。图中切换信号控制OSC_ON_DEALY，让频率改变以产生大占空比信号，使得瞬态增加的过程中电感电流迅速上升。如图2所示，可以看出瞬态下冲电压有明显的减小。

然而，此专利有以下缺点：

(1)依赖于PFM/PWM切换信号，只能应用于极轻载向重载的切换。需知只有负载小于一定值才工作于PFM模式，当负载超过这个值时，电路会工作于PWM的断续模式，此时负载并不算很大，切换到重载时同样面临瞬态下冲问题，这是此专利无法解决的问题。

(2)加预定的大的占空比会存在问题，当占空比加的很大时，重载的负载电流不是特别大，就会导致电感电流过充，即向输出输送的能量太多，这样又会导致输出电压上冲；当占空比加的太小，电感电流上升的速度又会很慢，输出不能得到足够能量而下冲，达不到大幅度改善瞬态下冲的效果。

(3)在图1和图2中，负载瞬变的速度并不快，而且跳变的重载也不够大，因而瞬态发生时LX为高的时间段输出电压还在上升，实际应用中负载瞬变的速度会快很多，跳变的重载也可能很大，因而下冲会比图中的更加严重。

综上，此专利受限条件过多，实际应用局限性很大，实际价值会大打折扣。

专利申请号为CN201910003125.2的发明申请公开了一种采用负反馈频率和跨导可变的BoostDCDC提高瞬态响应的方法，其动态电流随电源电压、输出电压和负载电流动态地变化，误差放大器的跨导动态变化，并且通过瞬态过压检测，动态的使能电流倒灌电路，使得输出电压能够快速响应恢复到调整值，提高了芯片的瞬态响应速度。

如图3所示，图3是此专利提高瞬态响应的原理图，其通过负反馈动态电流产生电路将输出电压的变化由跨导运放转换成电流，然后进入到频率可变振荡器和可变跨导中，从而在瞬态发生时改变迅速占空比，达到提高瞬态响应的效果。

具体的，当负载瞬态电流增加时，输出电压起初会有一定的下降，然后由负反馈动态电流产生电路转换成电流，增加振荡器的频率，并且将可变跨导EA的跨导增加，从而使占空比迅速上升，电感电流很快超过重载电流值，最终使输出电压的下冲减小。当负载瞬态电流减小时，输出电压起初会有一定的上升，然后由负反馈动态电流产生电路转换成电流，减小振荡器的频率与可变跨导EA的跨导，从而使占空比迅速下降，电感电流很快小于轻载电流值，同时，当输出电压超过一定值时，电路还允许倒灌电流，这样输出电压的上冲会进一步减小。

专利2较专利1能够更加的解决BOOST瞬态响应速度问题，但也存在以下缺点：

(1)电路设计较为复杂，不仅需要调整频率和跨导，还需要检测倒灌电流及倒灌电流计数。

(2)负反馈动态电流产生电路在大信号调整频率与跨导的同时，将小信号也引入了环路，因而必须要考虑其对环路稳定性的影响，这增加了环路设计的难度。

由前面的分析可知，提高BOOST负载瞬态响应速度最终都体现在缩短电感电流的变化速度上，即减小t1的时间上，最直接的方式是改变OSC频率预设一个大占空比，如专利1，但是其需要PFM/PWM的切换信号进行控制，并且这个大占空比是固定不变的，因而在实际应用会受到很大的限制。

专利2的方式是从改变OSC频率与Vea的上升或下降速度两个方面入手，并且占空比的变化是随着输出电压动态变化的，因而可以更好的改善负载瞬态响应速度，但是由于负反馈动态电流产生电路引入了新的小信号分量进入环路中，因而环路的设计会变得更加复杂。

另外，如图4所示，当BOOST变换器的负载电流瞬间突然增大时，由于电感电流不能突变，其供电小于负载需求，因而输出电压开始下降，输出电压的分压VFB将小于基准电压VREF，EA的输出Vea将会上升，从而加大PWM信号的占空比，使电感电流上升，如图中的t1时段，电感电流均一直小于负载电流，因而输出电压一直下降，当电感电流上升到大于负载电流后，输出电压开始上升，并最终趋于稳定，如图中的t2时段。由此可知，t1时段是决定输出电压最大下冲的主要原因，因此减小t1时间，让电感电流能够迅速上升是减小负载由轻载跳变重载时下冲的关键。

如图5所示，当BOOST变换器的负载电流突然减小时，由于电感电流不能突变，其供电大于负载需求，因而输出电压开始上升，输出电压的分压VFB将大小基准电压VREF。EA的输出Vea将会下降，从而减小PWM信号的占空比，使电感电流下降，如图中的t1时段，电感电流均一直大于负载电流，因而输出电压一直上升，当电感电流下降到小于负载电流后，输出电压开始下降，并最终趋于稳定，如图中的t2时段。由些可知，t1时段是决定输出电压上冲的主要原因，因而减小t1时间，让电感电流能够迅速下降是减小负载由重载跳变轻载时的上冲的关键。

因BOOST变换器右半平面零点的影响，BOOST的带宽被限制在右半平面零点的一半以下，所以Vea的上升和下降都很缓慢，这导致在负载瞬态变化的过程中，如图5和图6，占空比的变化很慢，从而电感电流的变化也很慢，t1时间很长，最大下冲与上冲电压很大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可以改善电路负载的瞬态响应，以确保系统稳定的提高瞬态响应的BOOST电路。

本发明的另一目的在于提供一种可以改善电路负载的瞬态响应，以确保系统稳定的提高瞬态响应的BOOST电路的应用方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种提高瞬态响应的BOOST电路，其包括一BOOST变换器，用于产生一高于输入电压的输出电压；一电流采样模块，连接在所述BOOST变换器上，用于产生电流检测信号；一开关器件，连接在所述BOOST变换器上，于一PWM调制信号控制通断；一控制单元，连接在所述BOOST变换器上，用于在一基准电压、一输出电压的电压反馈信号、一电流检测信号及一斜坡补偿电压的作用下产生PWM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号；一输出电压斜率采样模块，连接在所述BOOST变换器上，用于采样所述开关器件关断时间内输出电压的下降斜率。

进一步的方案中，所述BOOST变换器包括电压输入端、电压输出端，所述电压输入端接入输入电压，所述输入电压经过所述BOOST变换器处理后经过所述电压输出端得到输出电压，所述电压输入端连接有输入电容、第一电感以及开关功率管，所述电压输出端连接有输出电容、输出负载。

更进一步的方案中，所述控制单元包括逻辑控制模块、驱动模块、误差放大器以及电压比较器，所述误差放大器的反相输入端接入电压反馈信号，所述误差放大器的同相输入端接入基准电压，所述误差放大器的输出端与所述电压比较器的同相输入端连接，所述电压比较器的反相输入端接入电流检测信号以及斜坡补偿电压，所述电压比较器的输出端与所述逻辑控制模块连接，所述逻辑控制模块与所述驱动模块连接。

更进一步的方案中，所述输出电压斜率采样模块包括运算放大器OP、场效应管MN0、场效应管MN0、场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MP1、场效应管MP2、场效应管MP3、场效应管MP4、场效应管MP5，所述运算放大器OP的同相输入端接输出电压V0，所述运算放大器OP的输出端与所述场效应管MN0的栅极连接，所述场效应管MN0的漏极与所述场效应管MP1的漏极连接，所述场效应管MP1的栅极与所述场效应管MP2的栅极连接，所述场效应管MP2的栅极与所述场效应管MP3的栅极连接，所述场效应管MP4的栅极与所述场效应管MP5的栅极连接，所述场效应管MN1的栅极与所述场效应管MN2的栅极连接，所述场效应管MN0的源极连接有电流源I、电容C1，所述场效应管MP2的漏极、场效应管MP4的漏极连接有电流源I，所述场效应管MP3的漏极、场效应管MN1的漏极连接有电流源I、电流源Im。

更进一步的方案中，所述场效应管MP1、场效应管MP2与场效应管MP3依次连接构成电流镜结构，所述场效应管MP4与场效应管MP5连接构成电流镜结构，所述场效应管MP4与场效应管MP5之间连接有开关SW1、电容C2，所述场效应管MN1与场效应管MN2连接构成电流镜结构，所述场效应管MN1与场效应管MN2之间连接有开关SW2、电容C3。

更进一步的方案中，所述开关器件为一受所述PWM调制信号控制通断的功率开关管，连接于所述电流采样模块上。

更进一步的方案中，所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路连接在所述电压输出端上。

为了实现上述的另一目的，本发明提供的一种提高瞬态响应的BOOST电路的应用方法，所述BOOST电路是采用上述的BOOST电路，所述方法包括以下步骤：根据负载变化情况动态采样开关器件关断时间内输出电压的上升斜率或下降斜率，并将采样到的上升斜率或下降斜率转换成电流信号后为误差放大器的输出端的补偿网络进行放电或充电，使占空比迅速下降或提高，以减小输出电压的过冲或下冲，从而加快输出的瞬态响应速度。

进一步的方案是，当负载由轻载跳变到重载时，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的下降斜率，并将采样到的下降斜率转换成电流信号后直接为误差放大器的输出端信号Vea的补偿网络充电，迅速拉升信号Vea，使占空比迅速提高。

更进一步的方案是，当电感电流逐渐上升并大于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压不再下降，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的斜率为零。

更进一步的方案是，当负载由重载跳变到轻载时，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的上升斜率，并将采样到的上升斜率转换成电流信号后减去一阈值后，直接为误差放大器的输出端信号Vea的补偿网络放电，迅速拉低信号Vea，使占空比迅速下降。

更进一步的方案是，当电感电流逐渐下降并小于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压为负载不变时自身的上升斜率。

由此可见，本发明从改变误差放大器的输出端信号的上升与下降速度入手，缩短电感电流的变化速度，通过检测特定时间段内输出电压的变化速率，将输出负载电流的变化转换成内部电流直接为误差放大器的输出信号的补偿网络进行充放电，从而即可以迅速提高占空比，又不会引入小信号分量，可以进一步简化电路设计。

所以，本发明通过输出电压斜率采样，将电感电流的变化转换成内部电流为补偿网络充电或放电，可以加速信号Vea的变化，减小电感电流变化到最终负载电流的时间，从而改善BOOST的瞬态响应速度。

附图说明

图1是现有技术的一种BOOST电路的原理图。

图2是现有技术的一种BOOST电路的波形图。

图3是现有技术的一种BoostDCDC提高瞬态响应的方法的原理图。

图4是现有技术的一种BOOST变换器由轻载跳变重载时的波形图。

图5是现有技术的一种BOOST变换器由重载跳变轻载时的波形图。

图6是本发明一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例的电路原理图。

图7是本发明一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例中BOOST变换器的输出电压、电感电流、与功率开关管驱动在不同负载下的示意图。

图8是本发明一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例中输出电压斜率采样模块的电路原理图。

图9是本发明一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例中BOOST变换器轻载跳变重载的波形图。

图10是本发明一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例中BOOST变换器重载跳变轻载的波形图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需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。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

一种提高瞬态响应的BOOST电路实施例：

参见图6，本发明的一种提高瞬态响应的BOOST电路包括一BOOST变换器，用于产生一高于输入电压的输出电压；一电流采样模块10，连接在BOOST变换器上，用于产生电流检测信号Vsense；一开关器件，连接在BOOST变换器上，于一PWM调制信号控制通断；一控制单元，连接在BOOST变换器上，用于在一基准电压VREF、一输出电压V0的电压反馈信号VFB、一电流检测信号Vsense及一斜坡补偿电压Vslope的作用下产生PWM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号。

在本实施例中，BOOST变换器包括电压输入端、电压输出端，电压输入端接入输入电压Vin，输入电压Vin经过BOOST变换器处理后经过电压输出端得到输出电压V0，电压输入端连接有输入电容Ci、第一电感L、开关功率管BG以及续流二极管D，电压输出端连接有输出电容Co、输出负载Ro。其中，由电容C0、电容C1与电阻Rc1构成误差放大器EA的补偿网络。

在本实施例中，控制单元包括逻辑控制模块20、驱动模块30、误差放大器EA以及电压比较器CMP2，误差放大器EA的反相输入端接入电压反馈信号VFB，误差放大器EA的同相输入端接入基准电压VREF，误差放大器EA的输出端与电压比较器CMP2的同相输入端连接，电压比较器CMP2的反相输入端接入电流检测信号Vsense以及斜坡补偿电压Vslope，电压比较器CMP2的输出端与逻辑控制模块20连接，逻辑控制模块20与驱动模块30连接。

在本实施例中，开关器件为一受PWM调制信号控制通断的功率开关管BG，连接于电流采样模块10上。

在本实施例中，电压反馈信号VFB通过一反馈网络产生，反馈网络主要由一电阻分压电路形成，电阻分压电路连接在电压输出端上。其中，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于输出端与接地端之间的分压电阻，如分压电阻R1与R2，分压电阻间相连接的点形成分压节点，电压反馈信号VFB自分压节点引出。

参见图7，如图7(a)所示，负载恒定不变时，当功率开关管BG打开时，电感电流上升，负载由输出电容Co供电，因而输出电压V0会小幅度下降；当功率开关管BG关断时，电感电流下降，其能量为输出电容Co和负载供电，因而输出电压V0会小幅度上升。

如图7(b)所示，负载由轻载跳变到重载时，当功率开关管BG打开时，电感电流上升，负载由输出电容Co供电，因而输出电压V0会较图7(a)更快速下降(因为相同的负载电容供电，但是图7(b)的负载更大)。

当功率开关管BG关断时，电感电流为负载和输出电容Co供电，因电感电流上升缓慢，一段时间内都会小于负载电流，因而此时的输出电压V0没有上升反而下降了，这是与图7(a)非常明显不同的地方，本发明通过采样功率开关管BG关断时间内输出电压V0的下降斜率，转换成电流后为信号Vea的补偿网络进行充电，使占空比迅速增加，从而减小输出电压V0由轻载跳变重载时的下冲。

如图7(c)所示，在负载由重载跳变到轻载时，当功率开关管BG打开时，电感电流上升，负载由输出电容Co供电，因而输出电压V0会较图7(a)更缓慢的下降(因为相同的负载电容供电，但是图7(c)的负载更小)。

当功率开关管BG关断时，电感电流为负载和输出电容Co供电，因电感电流下降缓慢，一段时间都会大于负载电流，因而此时的输出会较图7(a)更加快速的上升，这也是与图7(a)明显不同的地方，本发明通过采样功率开关管BG关断时间内输出电压V0的上升斜率，减去本身负载不动时的上升斜率后转化成电流，为信号Vea的补偿网络进行放电，使占空比迅速下降，从而减小输出电压V0由重载跳变成轻载进的上冲。

可见，采样输出电压V0的斜率有一个很大的优点，在于其可以反映出跳变负载的大小，比如负载从轻载跳变到重载，重载值越大，BG关断时间内输出电压V0的下降斜率越大，因而为信号Vea补偿网络的充电电流也越大，这样不仅可以自动调整跳变不同重载时的占空比变化速率，防止变化太快又出现大的过冲，而且在输出电压V0的下降起始，便可以迅速调整占空比，而不是像采样输出电压V0变化，起始时调节占空比的速度很慢，要在输出电压V0变化一定值之后，才能更加快速的调整占空比。重载跳变轻载的情况也是同理。

因此，在本实施例中，包括一输出电压斜率采样模块40，连接在BOOST变换器上，用于采样开关器件关断时间内输出电压V0的下降斜率。

参见图8，输出电压斜率采样模块40包括运算放大器OP、场效应管MN0、场效应管MN0、场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MP1、场效应管MP2、场效应管MP3、场效应管MP4、场效应管MP5，运算放大器OP的同相输入端接输出电压V0，运算放大器OP的输出端与场效应管MN0的栅极连接，场效应管MN0的漏极与场效应管MP1的漏极连接，场效应管MP1的栅极与场效应管MP2的栅极连接，场效应管MP2的栅极与场效应管MP3的栅极连接，场效应管MP4的栅极与场效应管MP5的栅极连接，场效应管MN1的栅极与场效应管MN2的栅极连接，场效应管MN0的源极连接有电流源I、电容C1，场效应管MP2的漏极、场效应管MP4的漏极连接有电流源I，场效应管MP3的漏极、场效应管MN1的漏极连接有电流源I、电流源Im。

其中，场效应管MP1、场效应管MP2与场效应管MP3依次连接构成电流镜结构，场效应管MP4与场效应管MP5连接构成电流镜结构，场效应管MP4与场效应管MP5之间连接有开关SW1、电容C2，场效应管MN1与场效应管MN2连接构成电流镜结构，场效应管MN1与场效应管MN2之间连接有开关SW2、电容C3。

具体的，电流源I为固定的电流源，主要用于为电路提供偏置电流，以建立直流工作点；场效应管MP1、MP2与MP3构成电流镜结构，场效应管MP4与MP5也构成电流镜结构，开关SW1在功率开关管BG关断时导通，电容C2为采样保持电容。当电流源Im为负载不动时，功率开关管BG关断时的输出电压上升斜率预设电流，场效应管MN1与MN2构成电流镜结构，开关SW2也在功率开关管BG关断时导通，电容C3同样为保持电容。

在实际应用中，输出电压斜率采样负载变化转换成电流进入场效应管MP2与MP3。当功率开关管BG关断时，开关SW1与SW2导通，当负载由轻载转换成重载时，场效应管MP2与MP3的电流小于I，因而负载电流变化进入到场效应管MP4中，场效应管MN1无电流产生，场效应管MP5将场效应管MP4的电流镜像并为信号Vea的补偿网络充电，使占空比可以迅速增加；当负载由重载跳变到轻载时，场效应管MP2的电流大于I，场效应管MP3的电流大于I+Im，因而负载电流变化进入到场效应管MN1中，场效应管MP4无电流产生，场效应管MN2将场效应管MN1的电流镜像并为信号Vea的补偿网络放电，使占空比可以迅速减小；当负载不动时场效应管MP2的电流将大于I，场效应管MP3的电流将大于I，但小于Im，因而场效应管MP4与场效应管MN1均无电流产生，此电路不会有电流进入到信号Vea的补偿网络，因而不会影响负载不变时的环路稳定性。

具体的，对于图6，当负载变化时如公式(3.1)：

其中，Co为输出电容，

为输出电压V0变化斜率，ΔIo为负载的变化。

对于图8，当负载变化时如公式(3.2)：

由式(3.1)与式(3.2)可以得到公式(3.3)：

可见，负载电流的变化可以通过输出电压V0采样转换到电流ΔIs上。当功率开关管BG关断时，如果负载由轻载跳变到重载时，ΔIs为负，因而场效应管MP4的电流为I-I-ΔIs＝-ΔIs，场效应管MP5将镜像此电流为补偿网络充电，场效应管MN1无电流产生；如果负载由重载跳变到轻载时，ΔIs为正，因而场效应管MN1的电流为I+ΔIs-I-I_m＝ΔIs-I_m，场效应管MN2将镜像此电流为补偿网络放电，场效应管MP4无电流产生。

如图9所示，由于输出电压斜率采样模块40为补偿网络充电，因而信号Vea上升速度增加，电感电流迅速上升到重载时的负载电流大小，t1时间大幅度减小，因而有效的减小了输出电压V0的下冲。

如图10所示，由于输出电压斜率采样模块40为补偿网络放电，因而信号Vea下降速度增加，电感电流迅速下降到轻载时的负载电流大小，t1时间大幅度减小，因而有效的减小了输出电压V0的过冲。

由此可见，本发明从改变误差放大器EA的输出信号的上升与下降速度入手，缩短电感电流的变化速度，通过检测特定时间段内输出电压V0的变化速率，将输出负载电流的变化转换成内部电流直接为误差放大器EA的输出信号的补偿网络进行充放电，从而即可以迅速提高占空比，又不会引入小信号分量，可以进一步简化电路设计。

所以，本发明通过输出电压斜率采样，将电感电流的变化转换成内部电流为补偿网络充电或放电，可以加速信号Vea的变化，减小电感电流变化到最终负载电流的时间，从而改善BOOST的瞬态响应速度。

一种提高瞬态响应的BOOST电路的应用方法实施例：

本发明提供的一种提高瞬态响应的BOOST电路的应用方法，BOOST电路是采用上述的BOOST电路，该方法包括以下步骤：根据负载变化情况动态采样开关器件关断时间内输出电压V0的上升斜率或下降斜率，并将采样到的上升斜率或下降斜率转换成电流信号后为误差放大器EA的输出端的补偿网络进行放电或充电，使占空比迅速下降或提高，以减小输出电压V0的过冲或下冲，从而加快输出的瞬态响应速度。

进一步的，当负载由轻载跳变到重载时，通过输出电压斜率采样模块40采样开关器件关断时间内输出电压V0的下降斜率，并将采样到的下降斜率转换成电流信号后直接为误差放大器EA的输出端信号Vea的补偿网络充电，迅速拉升信号Vea，使占空比迅速提高。其中，当电感电流逐渐上升并大于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压V0不再下降，通过输出电压斜率采样模块40采样开关器件关断时间内输出电压V0的斜率为零。可见，本实施例增加了输出电压斜率采样模块40，当负载由轻载跳变到重载时，该模块会采样功率开关管BG关断时间内输出电压V0的下降斜率，转换成电流后直接为信号Vea的补偿网络充电，迅速拉升信号Vea，提高占空比。当电感电流上升到大于负载电流之后，功率开关管BG关断时间内输出电压V0不会再下降，因而采样输出电压V0的斜率会变成0，不再有斜率转换电流为补偿网络充电，这样瞬态变化的过程就不会干扰电路正常工作时的环路稳定性。

进一步的，当负载由重载跳变到轻载时，通过输出电压斜率采样模块40采样开关器件关断时间内输出电压V0的上升斜率，并将采样到的上升斜率转换成电流信号后减去一阈值后，直接为误差放大器EA的输出端信号Vea的补偿网络放电，迅速拉低信号Vea，使占空比迅速下降。其中，当电感电流逐渐下降并小于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压V0为负载不变时自身的上升斜率。可见，当负载由重载跳变到轻载时，此模块会采样功率开关管BG关断时间内输出电压V0的上升斜率，转换成电流后减去一定阈值(负载不变时本身输出电压的上升斜率)后，直接为信号Vea的补偿网络放电，迅速拉低信号Vea，减小占空比。当电感电流下降到负载电流之后，功率开关管BG关断时间内输出电压V0就只有负载不变时本身的上升斜率，因而不再有斜率转换电流为补偿网络放电，这样瞬态变化的过程就不会干扰电路正常工作时的环路稳定性。

由此可见，本发明提供一种可以提高BOOST负载瞬态响应方法，用于提高BOOST负载瞬态响应，有很高的工程实用价值；本发明的提方法可由负载跳变的大小决定Vea的变化速度快慢，因而应用范围更广，且电路结构简单实用；本发明的方法不会为环路引入小信号分量，因而不会影响其环路稳定性。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高瞬态响应的BOOST电路，其特征在于，包括：

一BOOST变换器，用于产生一高于输入电压的输出电压；

一电流采样模块，连接在所述BOOST变换器上，用于产生电流检测信号；

一开关器件，连接在所述BOOST变换器上，用PWM调制信号控制通断；

一控制单元，连接在所述BOOST变换器上，用于在一基准电压、一输出电压的电压反馈信号、输出电压的上升斜率或下降斜率、一电流检测信号及一斜坡补偿电压的作用下产生PWM调制信号，并于设定时间周期内产生预定占空比的调制信号；

与所述控制单元连接的一输出电压斜率采样模块，连接在所述BOOST变换器上，用于采样所述开关器件关断时间内输出电压的上升斜率或下降斜率；

所述输出电压斜率采样模块包括运算放大器OP、场效应管MN0、场效应管MN1、场效应管MN2、场效应管MP1、场效应管MP2、场效应管MP3、场效应管MP4、场效应管MP5，所述运算放大器OP的同相输入端接输出电压V0，所述运算放大器OP的反相输入端与所述场效应管MN0的源极连接，所述运算放大器OP的输出端与所述场效应管MN0的栅极连接，所述场效应管MN0的漏极与所述场效应管MP1的漏极、所述场效应管MP1的栅极、所述场效应管MP2的栅极连接，所述场效应管MP2的栅极与所述场效应管MP3的栅极连接，所述场效应管MP4的栅极与所述场效应管MP5的栅极之间通过开关SW1连接，所述场效应管MP5的栅极和源极之间连接有电容C2，所述场效应管MN1的栅极与所述场效应管MN2的栅极之间通过开关SW2连接，所述场效应管MN2的栅极和源极之间连接有电容C3，所述场效应管MN0的源极连接有电流源I、电容C1，所述场效应管MP2的漏极、场效应管MP4的漏极连接有电流源I，所述场效应管MP3的漏极、场效应管MN1的漏极连接有电流源I、电流源Im，其中，电流源I为固定的电流源，主要用于为电路提供偏置电流，以建立直流工作点；电流源Im为输出负载不动时，所述开关器件关断时的输出电压上升斜率预设电流；

所述场效应管MP1、场效应管MP2与场效应管MP3依次连接构成电流镜结构，所述场效应管MP4与场效应管MP5连接构成电流镜结构，所述场效应管MN1与场效应管MN2连接构成电流镜结构。

2.根据权利要求1所述的BOOST电路，其特征在于：

所述BOOST变换器包括电压输入端、电压输出端，所述电压输入端接入输入电压，所述输入电压经过所述BOOST变换器处理后经过所述电压输出端得到输出电压，所述电压输入端连接有输入电容、第一电感以及所述开关器件，所述电压输出端连接有输出电容、输出负载。

3.根据权利要求2所述的BOOST电路，其特征在于：

所述控制单元包括逻辑控制模块、驱动模块、误差放大器以及电压比较器，所述误差放大器的反相输入端接入电压反馈信号，所述误差放大器的同相输入端接入基准电压，所述误差放大器的输出端与所述电压比较器的同相输入端连接，所述电压比较器的反相输入端接入电流检测信号以及斜坡补偿电压，所述电压比较器的输出端与所述逻辑控制模块连接，所述逻辑控制模块与所述驱动模块连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的BOOST电路，其特征在于：

所述开关器件为一受所述PWM调制信号控制通断的功率开关管，连接于所述电流采样模块上。

5.根据权利要求2所述的BOOST电路，其特征在于：

所述电压反馈信号通过一反馈网络产生，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路连接在所述电压输出端上。

6.一种提高瞬态响应的BOOST电路的应用方法，其特征在于，所述BOOST电路是采用上述权利要求1至5任一项所述的BOOST电路，所述方法包括以下步骤：

根据负载变化情况动态采样开关器件关断时间内输出电压的上升斜率或下降斜率，并将采样到的上升斜率或下降斜率转换成电流信号后为误差放大器的输出端的补偿网络进行放电或充电，使占空比迅速下降或提高，以减小输出电压的过冲或下冲，从而加快输出的瞬态响应速度。

7.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：

当负载由轻载跳变到重载时，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的下降斜率，并将采样到的下降斜率转换成电流信号后直接为误差放大器的输出端信号Vea的补偿网络充电，迅速拉升信号Vea，使占空比迅速提高。

8.根据权利要求7所述的应用方法，其特征在于：

当电感电流逐渐上升并大于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压不再下降，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的斜率为零。

9.根据权利要求6所述的应用方法，其特征在于：

当负载由重载跳变到轻载时，通过输出电压斜率采样模块采样开关器件关断时间内输出电压的上升斜率，并将采样到的上升斜率转换成电流信号后减去一阈值后，直接为误差放大器的输出端信号Vea的补偿网络放电，迅速拉低信号Vea，使占空比迅速下降。

10.根据权利要求9所述的应用方法，其特征在于：

当电感电流逐渐下降并小于负载电流后，开关器件关断时间内输出电压为负载不变时自身的上升斜率。

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