CN105099179A - 一种提高电源电路瞬态响应的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电路系统。一种提高电源电路瞬态响应的系统，包括，一开关电源电路，依据不同的基准电压控制产生相应的输出电压；一控制电路，控制电路设有一第一控制信号输出端，第一控制信号输出端输出第一控制信号至开关电源电路；一第二控制信号输出端，第二控制信号输出端输出第二控制信号至一受控负载；开关电源电路在第一控制信号的作用下选择设定的基准电压以产生相应的输出电压提供给受控负载。本发明在改变受控负载之前，控制开关电源电路输出电压改变，使得在负载电流发生瞬变时，输出电压也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

Description

一种提高电源电路瞬态响应的系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种电路系统。

背景技术

在电子及通信系统的电源系统方案中，开关电源负责提供输出电压给负载，以维持正常工作，实现系统功能。现有技术一种常见的系统结构如图1所示，包括一受控负载，一开关电源，一控制电路，受控负载可以是一手机功能芯片，系统在工作过程中，当需要增加一受控负载工作时，控制电路直接发送控制信号给受控负载，开关电源提供输出电压给受控负载，这种控制系统存在的缺点是：当系统中受控负载突然增加时，会造成开关电源输出电压急速下降，影响系统的稳定工作，更严重情况下会造成系统功能无法正常实现，如图2的电压-时间或电流-时间的波形图所示，受控负载的突然增加使得输出电压波动较大，电路瞬态响应较差，不利于系统的稳定工作。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种提高电源电路瞬态响应的系统，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：

一种提高电源电路瞬态响应的系统，其中，包括，

一开关电源电路，依据不同的基准电压控制产生相应的输出电压；

一控制电路，所述控制电路设有：

一第一控制信号输出端，所述第一控制信号输出端输出第一控制信号至所述开关电源电路；

一第二控制信号输出端，所述第二控制信号输出端输出第二控制信号至一受控负载；

所述开关电源电路在所述第一控制信号的作用下选择设定的基准电压以产生相应的输出电压提供给所述受控负载。

优选地，所述开关电源电路包括，

一选择开关，连接至少两个基准电压，所述选择开关于所述第一控制信号的作用下选择输出一个所述基准电压。

优选地，所述第二控制信号输出端输出所述第二控制信号至所述受控负载之前，所述第一控制信号输出端输出第一控制信号至所述开关电源电路。

优选地，所述开关电源电路还包括，

一输入端；

一输出端；

一接地端；

一交汇结点；

一设置有储能元件的工作电路；

一控制单元，用以根据所述选择开关选择输出的所述基准电压与一电压反馈信号及一电流检测信号生成脉宽调制信号；

一开关器件组，设置于所述输入端、所述输出端、所述交汇结点及所述接地端之间的电路上，于所述脉宽调制信号作用下控制所述工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换。

优选地，所述控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述选择开关选择输出的所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器；所述时钟信号产生器用于产生时钟信号；

一PWM控制器，所述PWM控制器连接所述时钟信号，用于依据所述比较信号和所述时钟信号产生所述脉宽调制信号。

优选地，所述开关电源电路还包括，

一反馈网络，连接于所述输出端与所述接地端之间，用以产生所述电压反馈信号；

一电流检测电路，可控制的并联于所述输入端与所述交汇结点之间，用以根据所述脉宽调制信号产生所述电流检测信号。

优选地，所述工作电路包括，

充电控制支路，连接于所述输入端与所述交汇结点之间；

充放电支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；

放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述接地端之间；

所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述开关器件组控制所述充电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述放电控制支路断开，使所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述开关器件组控制所述放电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出端放电。

优选地，所述控制单元还包括一过零检测电路，所述过零检测电路的输出端与所述PWM控制器连接。

优选地，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点；

所述反馈电压信号自预定的分压节点处引出。

优选地，所述电流检测电路包括：

一检测电阻，串联于所述电流检测电路上；

一检测单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；

一受所述脉宽调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上。

有益效果：由于采用以上技术方案，本发明在改变受控负载之前，控制开关电源电路输出电压改变，使得在负载电流发生瞬变时，输出电压也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

附图说明

图1为现有技术的系统架构示意图；

图2为现有技术中主要信号的波形图；

图3为本发明的系统架构示意图；

图4为本发明的开关电源电路示意图；

图5为本发明的主要信号的波形图。

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3，一种提高电源电路瞬态响应的系统，其中，包括，

一开关电源电路1，依据不同的基准电压控制产生相应的输出电压Vdcdcout；

一控制电路2，控制电路2设有：

一第一控制信号输出端，第一控制信号输出端输出第一控制信号s1至开关电源电路1；

一第二控制信号输出端，第二控制信号输出端输出第二控制信号s2至一受控负载3；

开关电源电路1在第一控制信号s1的作用下选择设定的基准电压以产生相应的输出电压Vdcdcout提供给受控负载3。

本发明可以在系统需要增加或减小受控负载3之前，控制开关电源电路1选择设定的基准电压，以使得输出电压Vdcdcout改变，本发明可以在负载电流发生瞬变时，输出电压Vdcdcout也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应，以确保系统稳定。

作为本发明的一种优选的实施例，开关电源电路1可以包括，

一选择开关11，连接至少两个基准电压，选择开关11于第一控制信号的作用下选择一个基准电压；

参照图4，一种具体实施例，本发明可以包括两个基准电压，分别为Vref1和Vref2，其中一个基准电压的电压值大于另一基准电压的电压值，如Vref1为0.6V，Vref2为0.62V或0.7V，在受控负载需要增加时，通过第一控制信号控制开关电源电路1选择比当前基准电压较大的基准电压，使得在受控负载接入之间，输出电压抬升，目的在于在负载电流发生瞬变时，输出电压Vdcdcout也能维持在预定容差范围内，提高电路的瞬态响应。通过比较图5所示的波形图与图2所示的波形图可以看出，采用本发明的控制系统可以使得负载增加时，开关电源输出电压波动较小，有利于系统的稳定工作。

作为本发明的一种优选的实施例，第二控制信号输出端输出第二控制信号s2至受控负载3之前，第一控制信号输出端输出第一控制信号s1至开关电源电路1，即第二控制信号s2相比第一控制信号s1有一设定时间的延迟，以保证受控负载3接入系统之前，输出电压Vdcdcout已相应改变。

作为本发明的一种优选的实施例，选择开关11具有多个信号输入端及一个信号输出端，在第一控制信号s1的作用下选择开关11选择一设定的基准电压输出，依据负载的变化趋势选择合适的基准电压。

作为本发明的一种优选的实施例，开关电源电路1还包括，

一输入端VDD；

一输出端Vout；

一接地端GND；

一交汇结点SW；

一设置有储能元件L的工作电路；

一控制单元，用以根据选择开关11选择输出的基准电压与一电压反馈信号及一电流检测信号生成脉宽调制信号。

一开关器件组，设置于输入端VDD、输出端Vout、交汇结点SW及接地端GND之间的电路上，于脉宽调制信号作用下控制工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换。

作为本发明的一种优选的实施例，控制单元包括，

一误差放大器12，用于对选择开关11选择提供的基准电压与电压反馈信号Vfb进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器13，用于对误差放大信号与电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器14；时钟信号产生器14用于产生时钟信号；

一PWM控制器15，PWM控制器15连接时钟信号，用于依据比较信号和时钟信号产生脉宽调制信号。

作为本发明的一种优选的实施例，开关电源电路1还包括，

一反馈网络16，连接于输出端Vout与接地端GND之间，用以产生电压反馈信号Vfb；

一电流检测电路18，可控制的并联于输入端VDD与交汇结点SW之间，用以根据脉宽调制信号产生电流检测信号。

一种具体的实施例，误差放大器12的同相输入端（+）接受选择开关11输出的基准电压，误差放大器12的反相输入端（-）输入电压反馈信号Vfb；比较器13的同相输入端（+）连接误差放大信号，比较器13的反相输入端（-）连接电流检测信号，电流检测信号通过电流检测电路18获得，电流检测信号的目的在于对流过功率开关管的电流进行及时有效的检测，以进行开关控制和过流保护。

电流检测电路18可以通过多种方式实现，作为本发明的一种优选的实施例，电流检测电路18可以包括：

一检测电阻Rb，串联于电流检测电路18上；

一检测单元或电流检测及补偿单元19，连接检测电阻Rb的两端，用以检测流过检测电阻Rb的电流；

一受脉宽调制信号控制通断的检测控制开关Msen，连接于电流检测电路18上。

电流检测及补偿单元19还与时钟信号产生器14连接，用于接收时钟信号产生器14产生的斜坡信号进行斜坡补偿后，斜坡补偿的目的在于稳定检测电流，电流检测信号斜坡补偿后连接至比较器13的反相输入端（-）。

作为本发明的一种优选的实施例，工作电路包括，

充电控制支路，连接于输入端VDD与交汇结点SW之间；

充放电支路，连接于交汇结点SW与输出端Vout之间；

放电控制支路，连接于交汇结点SW与接地端GND之间；

储能元件L串联于充放电支路上；

工作电路于充电模式时，开关器件组控制充电控制支路及充放电支路导通，并控制放电控制支路断开，使输入端VDD输入的电流对储能元件L充电；

工作电路于放电模式时，开关器件组控制放电控制支路及充放电支路导通，并控制充电控制支路断开，使储能元件L对输出端Vout放电。

输出端Vout与接地端GND之间还连接一滤波电容C。本发明的储能元件L采用一电感。

作为本发明的一种优选的实施例，反馈网络16主要由一电阻分压电路形成，电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于输出端Vout与接地端GND之间的分压电阻，分压电阻间相连接的点形成分压节点；

反馈电压信号Vfb自预定的分压节点处引出。作为一种具体实施例，反馈网络16包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2串联，反馈电压信号Vfb自第一电阻R1与第二电阻R2相连接的点引出。

一种具体实施例，本发明的开关器件组包括第一开关管Mp和第二开关管Mn，第一开关管Mp串联于充电控制支路上，第二开关管Mn串联于放电控制支路上，优选地，第一开关管Mp采用P沟通MOS管，其源极连接输入端VDD，漏极连接交汇节点SW，第二开关管Mn采用N沟通MOS管，其源极连接接地端VDD，漏极连接交汇节点SW，第一开关管Mp和第二开关管Mn的栅极接受脉宽调制信号的控制实现导通或截止。

一种具体实施例，检测控制开关Msen可以采用P沟通MOS管，其源极通过检测电阻Rb连接输入端VDD，漏极连接交汇节点SW。

作为本发明的一种优选的实施例，控制单元还包括一过零检测电路17，过零检测电路17的输出端与PWM控制器15连接。在开关电源电路中，当负载较大时，电感电流在整个周期内不会回到零，使得电路通常处于连续导通模式，但当负载电流持续下降且低到某一临界值时，第一开关管Mp和第二开关管Mn在一个周期内可能同时关闭，此时电感电流的工作模式称为不连续导通模式，在此期间电感上的电流为零，在不连续电感电流模式下时，由于变换器内部的逻辑延迟、线延迟和寄生等因素的影响，致使负载电流继续下降到临界值时，第二开关管Mn并没有关断或没有完全关断，此时会导致电流倒灌，使得输出电压发生极大的波动，影响系统的性能指标，通过设置过零检测电路17用于防止电流倒灌，避免上述问题，可以采用现有技术的过零检测电路来实现。

本发明可以用于移动通信系统，特别是移动通信终端的电源管理。

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 (10)

1.一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，包括，

一开关电源电路，依据不同的基准电压控制产生相应的输出电压；

一控制电路，所述控制电路设有：

一第一控制信号输出端，所述第一控制信号输出端输出第一控制信号至所述开关电源电路；

一第二控制信号输出端，所述第二控制信号输出端输出第二控制信号至一受控负载；

所述开关电源电路在所述第一控制信号的作用下选择设定的基准电压以产生相应的输出电压提供给所述受控负载。

2.根据权利要求1所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述开关电源电路包括，

一选择开关，连接至少两个基准电压，所述选择开关于所述第一控制信号的作用下选择输出一个所述基准电压。

3.根据权利要求1所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述第二控制信号输出端输出所述第二控制信号至所述受控负载之前，所述第一控制信号输出端输出第一控制信号至所述开关电源电路。

4.根据权利要求2所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述开关电源电路还包括，

一输入端；

一输出端；

一接地端；

一交汇结点；

一设置有储能元件的工作电路；

一控制单元，用以根据所述选择开关选择输出的所述基准电压与一电压反馈信号及一电流检测信号生成脉宽调制信号；

一开关器件组，设置于所述输入端、所述输出端、所述交汇结点及所述接地端之间的电路上，于所述脉宽调制信号作用下控制所述工作电路于充电模式和放电模式之间交替切换。

5.根据权利要求4所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述控制单元包括，

一误差放大器，用于对所述选择开关选择输出的所述基准电压与所述电压反馈信号进行比较，得到一误差放大信号；

一比较器，用于对所述误差放大信号与所述电流检测信号进行比较，产生一比较信号；

一时钟信号产生器；所述时钟信号产生器用于产生时钟信号；

一PWM控制器，所述PWM控制器连接所述时钟信号，用于依据所述比较信号和所述时钟信号产生所述脉宽调制信号。

6.根据权利要求4所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述开关电源电路还包括，

一反馈网络，连接于所述输出端与所述接地端之间，用以产生所述电压反馈信号；

一电流检测电路，可控制的并联于所述输入端与所述交汇结点之间，用以根据所述脉宽调制信号产生所述电流检测信号。

7.根据权利要求4所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述工作电路包括，

充电控制支路，连接于所述输入端与所述交汇结点之间；

充放电支路，连接于所述交汇结点与所述输出端之间；

放电控制支路，连接于所述交汇结点与所述接地端之间；

所述储能元件串联于所述充放电支路上；

所述工作电路于充电模式时，所述开关器件组控制所述充电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述放电控制支路断开，使所述输入端输入的电流对所述储能元件充电；

所述工作电路于放电模式时，所述开关器件组控制所述放电控制支路及所述充放电支路导通，并控制所述充电控制支路断开，使所述储能元件对所述输出端放电。

8.根据权利要求5所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述控制单元还包括一过零检测电路，所述过零检测电路的输出端与所述PWM控制器连接。

9.根据权利要求6所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述反馈网络主要由一电阻分压电路形成，所述电阻分压电路包括预订数量且相互串联地连接于所述输出端与所述接地端之间的分压电阻，所述分压电阻间相连接的点形成分压节点；

所述反馈电压信号自预定的分压节点处引出。

10.根据权利要求6所述的一种提高电源电路瞬态响应的系统，其特征在于，所述电流检测电路包括：

一检测电阻，串联于所述电流检测电路上；

一检测单元，连接所述检测电阻的两端，用以检测流过所述检测电阻的电流；

一受所述脉宽调制信号控制通断的检测控制开关，连接于所述电流检测电路上。