DCDC電路中的前饋電容應(yīng)用

上次分享了一篇前饋電容：一個(gè)能改善DC-DC電路動(dòng)態(tài)特性的電容

如下圖為典型的DCDC電路：

上圖為DCDC典型應(yīng)用電路，CIN為輸入濾波電容，CBOOT是上管驅(qū)動(dòng)“自舉”電容，L是儲(chǔ)能電感，R1和R2是反饋電阻，CFF是前饋電容，COUT是輸出濾波電容，RT是內(nèi)部運(yùn)放補(bǔ)償器件。

有前饋電容和沒有前饋電容

沒有前饋電容

如果沒有前饋電容，內(nèi)部補(bǔ)償DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋網(wǎng)絡(luò)由兩個(gè)反饋電阻組成，用于設(shè)置轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，如圖1所示。

輸出電壓公式為：Vout=Vfb*（1+R1/R2）

圖2顯示了相應(yīng)的增益和相位圖。

有前饋電容

圖3顯示了在反饋網(wǎng)絡(luò)中添加了前饋電容C1（Cff）。

輸出電壓公式為：Vout=Vfb*（1+R1/R2）。

但是因?yàn)橛星梆侂娙?，增益和相位已?jīng)受到影響，圖4顯示了相應(yīng)的增益和相位圖。

因?yàn)榧尤肓饲梆侂娙?，所以與反饋電阻形成新的零點(diǎn)和極點(diǎn)，雖然Cff在其零點(diǎn)頻率之后引入了增益提升，但是環(huán)路相位變化（提升）在零點(diǎn)頻率和極點(diǎn)頻率之間達(dá)到最大值; 請(qǐng)參見以下等式1和等式2的計(jì)算。
（1）RI和CFF形成了一個(gè)零點(diǎn)

（2）RI、R2和CFF形成了一個(gè)極點(diǎn)

零點(diǎn)和極點(diǎn)的位置如Figure 4所示。（在上面）

前饋電容的作用

增加了前饋電容設(shè)計(jì), 變換器可以更有效地響應(yīng)輸出電壓上的高頻干擾（交流阻抗?。?。
圖2和圖4中的 bode 圖顯示, 每個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò)在較低頻率下的響應(yīng)是相同的。在中到高頻率下, 隨著通過(guò) C1（CFF） 的阻抗路徑的減小, 輸出電壓到反饋端的擾動(dòng)（變化）衰減較小, 并有效地提供增益和相位的提升。

在DCDC工作電源中, 增加的增益和相位與會(huì)使得轉(zhuǎn)換器對(duì)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度更快, 因?yàn)樵诜答伖?jié)點(diǎn)檢測(cè)到的電壓偏差在較高頻率下衰減較少。轉(zhuǎn)換器的反應(yīng)是調(diào)整占空比, 以更快地糾正輸出電壓偏差。

為了優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng), 選擇合適的Cff 值, 這樣環(huán)路反饋的增益和相位提升將增加轉(zhuǎn)換器的帶寬, 同時(shí)仍保持可接受的相位裕度。

通常, Cff 的較大值可提供更大的帶寬改進(jìn)。但是, 如果 Cff 過(guò)大, 前饋電容會(huì)導(dǎo)致環(huán)路增益交叉頻率過(guò)高, 并且 Cff 相位提升貢獻(xiàn)不足, 導(dǎo)致不可接受的相位裕度或不穩(wěn)定性。

前饋電容的實(shí)際效果

（1）無(wú)前饋電容
如下圖所示，無(wú)前饋電容設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)負(fù)載（綠色）由小增大時(shí)，輸出電壓（黃色）曲線出現(xiàn)震蕩，且很久才趨于平穩(wěn)。

（2）有前饋電容時(shí)
在同樣的負(fù)載變化情況下，當(dāng)有前饋電容設(shè)計(jì)時(shí)，輸出電壓很快輸出平穩(wěn)，且不會(huì)震蕩多次。

前饋電容的選擇

在數(shù)據(jù)手冊(cè)中我們一般會(huì)看到如下描述：

上圖中的VOUT就是DCDC的輸出電壓；R1和R2為反饋電阻；L為電感；COUT為輸出濾波電容。

CFF就是前饋電容，22~68 pF就是建議取值大小，我們需要根據(jù)實(shí)際的負(fù)載情況來(lái)選取合適的前饋電容值。

一般的方法：

設(shè)定一個(gè)前饋電容值，測(cè)量DCDC輸出端的紋波電壓大??；減小或者增大前饋電容值，再次測(cè)量紋波大小，直到紋波電壓小于自身產(chǎn)品要求的紋波電壓時(shí)，當(dāng)前前饋電容我們認(rèn)為是合適的。

審核編輯：湯梓紅