設想一個圖1所示的系統,它有一條從「A」到「B」的前向訊號路徑,其中通過該路徑的訊號延遲太長。

20180725TA01P1 圖1 一條慢的訊號路徑。

有時候,我們可以添加一條從「A」到「B」的輔助訊號路徑來施加影響,提升訊號速度,如圖2所示。前向饋送有助於加快訊號的傳送速度,可以把這種方法叫做「前饋(feed forward)」。

20180725TA01P2 圖2 為一條慢訊號路徑增加前饋來提升速度。

考慮到這點,現在來看一個簡單的降壓開關穩壓器(圖3)。

20180725TA01P3 圖3 一個簡單的降壓開關穩壓器。

假設效率為100%,輸出電壓等於輸入線電壓乘以使用脈衝寬度調變(PWM)控制的開關元件開/關工作週期。因此,對於5V輸出和28V輸入來說,開關工作週期將為17.857…%,可得到28V×0.17857…=4.99996…= 5V。

PWM功能是透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,如圖4所示,其中誤差放大器輸出必須根據需要上下調節,以得到PWM所需的脈衝寬度。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工作週期的變化。

20180725TA01P4 圖4 PWM工作週期控制。

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比較器輸出工作週期是「B」,幸運的是,可添加前饋路徑來顯著縮短穩壓器的穩定時間。

訣竅是使用一個可變的斜坡波形,而不是穩定不變的斜坡。如圖5所示,較高的輸入線電壓會升高斜坡,立即使PWM脈衝變窄,此時不得不等待通過誤差放大器的回應。與之相似,較低的輸入線電壓會降低斜坡,立即加寬PWM脈衝,而不必等待。現在可以採用快速方法。

20180725TA01P5 圖5 使用前饋實現PWM工作週期控制。

立即使PWM脈衝變窄或加寬的結果也是誤差放大器最終會得到的,並且誤差放大器一定要這樣的結果來滿足所需的輸出電壓精準度,但是使用前饋縮短了最終的穩定時間。如果做得好,當輸入線電壓變化時,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。

德州儀器(TI)在其聲名卓著的1825型PWM控制器UC1825-SP中,採用了這種前饋概念。

在圖6所示的德州儀器的圖解中,RFF和CFF被選擇用來最佳化前饋均衡。

20180725TA01P6 圖6 前饋工作電路。

(參考原文:Speed up settling time with a feed forward path,by John Dunn)