如下圖為典型的DCDC電路:芯片是臺(tái)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(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。
一、理論分析
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)榧尤肓饲梆侂娙荩耘c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)
二、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 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)換器對負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)速度更快, 因?yàn)樵诜答伖?jié)點(diǎn)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(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 過大, 前饋電容會(huì)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(shí)際效果
(1)無前饋電容
如下圖所示,無前饋電容設(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。
四、前饋電容的選擇
在數(shù)據(jù)手冊中我們一般會(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(shí),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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