利用前饋路徑縮短系統(tǒng)穩(wěn)定時間

設想一個圖1所示的系統(tǒng)，它有一條從“A”到“B”的前向信號路徑，其中通過該路徑的信號延遲太長。

圖1：一條慢的信號路徑。

有時候，我們可以添加一條從“A”到“B”的輔助信號路徑來施加影響，提升信號速度，如圖2所示。前向饋送有助于加快信號的傳送速度。我們可以把這種方法叫做“前饋”。

圖2：為一條慢信號路徑增加前饋來提升速度。

如果我們做得正確，快速前饋路徑幾乎可以立即使“B”相當接近穩(wěn)定，而慢速路徑要花費較長的時間才使“B”穩(wěn)定。這樣我們可受益于更快的系統(tǒng)穩(wěn)定時間。

考慮到這點，現(xiàn)在來看一個簡單的降壓開關穩(wěn)壓器(圖3)。

圖3：一個簡單的降壓開關穩(wěn)壓器。

假設效率為100%，輸出電壓等于輸入線電壓乘以使用脈寬調(diào)制(PWM)控制的開關元件的開/關占空比。因此，對于5V輸出和28V輸入來說，開關占空比將為17.857 %。我們得到28V × 0.17857 ... = 4.99996 ... = 5V。

圖4：PWM占空比控制。

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行比較來實現(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)定時間。

圖5：使用前饋實現(xiàn)PWM占空比控制。

訣竅是使用一個可變的斜坡波形，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升高斜坡，立即使PWM脈沖變窄，此時不得不等待通過誤差放大器的響應。與之相似，較低的輸入線電壓會降低斜坡，立即加寬PWM脈沖，而不必等待。現(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)定時間。如果做得好，當輸入線電壓變化時，我們只需讓誤差放大器輸出稍微變動一點，甚或可能根本不用變動，如圖5所示。

前饋實現(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誤差放大器變動很小，以便輸入線電壓變化時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。

圖6：前饋工作電路。

在圖6所示的德州儀器的圖解中， RFF和CFF被選擇用來優(yōu)化前饋均衡。