利用前馈路径缩短系统稳定时间

shuszhao · 发表于 2018-6-30 08:53:20

前馈方法在很大程度上是一种平衡行为，旨在使误差放大器不受或极少受输入线电压变化的影响，以便在输入线电压变化时，反馈回路可以更快地建立起来。本设计实例用图例解释了前馈的概念。
设想一个图1所示的系统，它有一条从“A”到“B”的前向信号路径，其中通过该路径的信号延迟太长。

图1：一条慢的信号路径。
有时候，我们可以添加一条从“A”到“B”的辅助信号路径来施加影响，提升信号速度，如图2所示。前向馈送有助于加快信号的传送速度。我们可以把这种方法叫做“前馈”。

图2：为一条慢信号路径增加前馈来提升速度。
如果我们做得正确，快速前馈路径几乎可以立即使“B”相当接近稳定，而慢速路径要花费较长的时间才使“B”稳定。这样我们可受益于更快的系统稳定时间。
考虑到这点，现在来看一个简单的降压开关稳压器（图3）。

图3：一个简单的降压开关稳压器。
假设效率为100％，输出电压等于输入线电压乘以使用脉宽调制（PWM）控制的开关元件的开/关占空比。因此，对于5V输出和28V输入来说，开关占空比将为17.857 ％。我们得到28V × 0.17857 ... = 4.99996 ... = 5V。

图4：PWM占空比控制。
PWM功能是通过将误差放大器的输出电压与斜坡电压波形进行比较来实现的，如图4所示，其中误差放大器输出必须根据需要上下调节，以得到PWM所需的脉冲宽度。输入线电压的变化引起误差放大器输出电压的变化，这又导致PWM占空比的变化。
这很有效，但误差放大器输出可能需要很长时间才能从一种需要的电平转换到另一种。我们有慢路径，其输入线电压是“A”，PWM比较器输出占空比是 “B”。幸运的是，我们可添加前馈路径来显著缩短稳压器的稳定时间。

图5：使用前馈实现PWM占空比控制。
诀窍是使用一个可变的斜坡波形，而不是稳定不变的斜坡。如图5所示，较高的输入线电压会升高斜坡，立即使PWM脉冲变窄，此时不得不等待通过误差放大器的响应。与之相似，较低的输入线电压会降低斜坡，立即加宽PWM脉冲，而不必等待。现在我们可以采用快速方法。
立即使PWM脉冲变窄或加宽的结果也是误差放大器最终会得到的，并且误差放大器一定要这样的结果来满足所需的输出电压精度，但是使用前馈缩短了最终的稳定时间。如果做得好，当输入线电压变化时，我们只需让误差放大器输出稍微变动一点，甚或可能根本不用变动，如图5所示。
前馈实现在很大程度上是一种平衡行为，它力求在输入线电压变化时误差放大器变动很小，以便输入线电压变化时反馈回路可以更快地建立起来。
德州仪器（TI）在其声名卓著的1825型PWM控制器UC1825-SP中，采用了这种前馈概念。

图6：前馈工作电路。
在图6所示的德州仪器的图解中， R[sub]FF[/sub]和C[sub]FF[/sub]被选择用来优化前馈均衡。