設(shè)想一個(gè)圖1所示的系統(tǒng),它有一條從“A”到“B”的前向信號(hào)路徑,其中通過該路徑的信號(hào)延遲太長。
有時(shí)候,我們可以添加一條從“A”到“B”的輔助信號(hào)路徑來施加影響,提升信號(hào)速度,如圖2所示。前向饋送有助于加快信號(hào)的傳送速度。我們可以把這種方法叫做“前饋”。
如果我們做得正確,快速前饋路徑幾乎可以立即使“B”相當(dāng)接近穩(wěn)定,而慢速路徑要花費(fèi)較長的時(shí)間才使“B”穩(wěn)定。這樣我們可受益于更快的系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間。
考慮到這點(diǎn),現(xiàn)在來看一個(gè)簡單的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器
假設(shè)效率為100%,輸出電壓等于輸入線電壓乘以使用脈寬調(diào)制(PWM)控制的開關(guān)元件的開/關(guān)占空比。因此,對(duì)于5V輸出和28V輸入來說,開關(guān)占空比將為17.857 %。我們得到28V × 0.17857 ... = 4.99996 ... = 5V。
PWM功能是通過將誤差放大器的輸出電壓與斜坡電壓波形進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)的,如圖4所示,其中誤差放大器輸出必須根據(jù)需要上下調(diào)節(jié),以得到PWM所需的脈沖寬度。輸入線電壓的變化引起誤差放大器輸出電壓的變化,這又導(dǎo)致PWM占空比的變化。
這很有效,但誤差放大器輸出可能需要很長時(shí)間才能從一種需要的電平轉(zhuǎn)換到另一種。我們有慢路徑,其輸入線電壓是“A”,PWM比較器輸出占空比是 “B”。幸運(yùn)的是,我們可添加前饋路徑來顯著縮短穩(wěn)壓器的穩(wěn)定時(shí)間。
訣竅是使用一個(gè)可變的斜坡波形,而不是穩(wěn)定不變的斜坡。如圖5所示,較高的輸入線電壓會(huì)升高斜坡,立即使PWM脈沖變窄,此時(shí)不得不等待通過誤差放大器的響應(yīng)。與之相似,較低的輸入線電壓會(huì)降低斜坡,立即加寬PWM脈沖,而不必等待?,F(xiàn)在我們可以采用快速方法。
立即使PWM脈沖變窄或加寬的結(jié)果也是誤差放大器最終會(huì)得到的,并且誤差放大器一定要這樣的結(jié)果來滿足所需的輸出電壓精度,但是使用前饋縮短了最終的穩(wěn)定時(shí)間。如果做得好,當(dāng)輸入線電壓變化時(shí),我們只需讓誤差放大器輸出稍微變動(dòng)一點(diǎn),甚或可能根本不用變動(dòng),如圖5所示。
前饋實(shí)現(xiàn)在很大程度上是一種平衡行為,它力求在輸入線電壓變化時(shí)誤差放大器變動(dòng)很小,以便輸入線電壓變化時(shí)反饋回路可以更快地建立起來。
德州儀器(TI)在其聲名卓著的1825型PWM控制器UC1825-SP中,采用了這種前饋概念。
在德州儀器的圖解中, RFF和CFF被選擇用來優(yōu)化前饋均衡。
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原文標(biāo)題:利用前饋路徑縮短系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)間
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