DCDC電路中前饋電容的作用及選擇

如下圖為典型的DCDC電路：芯片是臺灣省立琦科技的。

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“自舉”電容，L是儲能電感，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)部運放補償器件。

一、理論分析

沒有前饋電容

如果沒有前饋電容，內(nèi)部補償DC-DC轉(zhuǎn)換器的反饋網(wǎng)絡(luò)由兩個反饋電阻組成，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)。

但是因為有前饋電容，增益和相位已經(jīng)受到影響，圖4顯示了相應(yīng)的增益和相位圖。

因為加入了前饋電容，所以與反饋電阻形成新的零點和極點，雖然Cff在其零點頻率之后引入了增益提升，但是環(huán)路相位變化(提升)在零點頻率和極點頻率之間達(dá)到最大值; 請參見以下等式1和等式2的計算。

(1)RI和CFF形成了一個零點

(2)RI、R2和CFF形成了一個極點

零點和極點的位置如Figure 4所示。(在上面)

二、前饋電容的作用

增加了前饋電容設(shè)計, 變換器可以更有效地響應(yīng)輸出電壓上的高頻干擾(交流阻抗小)。

圖2和圖4中的 bode 圖顯示, 每個反饋網(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 C1(CFF) 的阻抗路徑的減小, 輸出電壓到反饋端的擾動(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使得轉(zhuǎn)換器對負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度更快, 因為在反饋節(jié)點檢測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 過大, 前饋電容會導(dǎo)致環(huán)路增益交叉頻率過高, 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。

三、前饋電容的實際效果

(1)無前饋電容

如下圖所示，無前饋電容設(shè)計時，當(dāng)負(fù)載(綠色)由小增大時，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

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

四、前饋電容的選擇

在數(shù)據(jù)手冊中我們一般會看到如下描述：

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)實際的負(fù)載情況來選取合適的前饋電容值。

一般的方法：

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

原文標(biāo)題：前饋電容是如何影響buck電路的輸出特性的?

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審核編輯：湯梓紅