DC/DC變換器中的反饋(FB)分壓電阻設(shè)計(jì)

在 DC/DC 變換器中，反饋 (FB) 分壓電阻的規(guī)格常給設(shè)計(jì)人員帶來各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，例如如何確定所需的電阻或調(diào)節(jié)參數(shù)（如輸出電壓、上分壓電阻或下分壓電阻）。圖 1 顯示了 FB 上/下分壓電阻的各種幅度組合。

圖 1：FB 上/下分壓電阻的各種幅度組合

本文將探討 FB 分壓電阻的設(shè)計(jì)規(guī)范，包括待機(jī)功耗、輸出電壓精度和環(huán)路特性。

待機(jī)功耗

圖 2 顯示了具有低靜態(tài)電流 (IQ) 的 DC/DC 變換器，其 FB 分壓電阻在不同數(shù)量級(jí)下帶來的效率差異。以 MPQ4430 為例，R1 和 R2 是其分壓電阻。

圖 2：R1 和 R2 數(shù)量級(jí)不同帶來的效率差異

優(yōu)化待機(jī)功耗，尤其是對(duì)電池供電產(chǎn)品，可以按比例增大 DC/DC 變換器的 FB 分壓電阻值。

輸出電壓精度

增大 FB 分壓電阻的阻值，可以降低待機(jī)功耗。

FB 是運(yùn)算放大器（op amp）的負(fù)輸入端，它會(huì)汲取一定的電流。當(dāng) FB 電流（IFB）在分壓網(wǎng)絡(luò)中占比較小時(shí)，IFB 可忽略不計(jì)；當(dāng)其占比較大，即分壓電阻選值較大時(shí)，IFB 就不容忽視（見圖 3）。

圖 3：FB 電流在分壓網(wǎng)絡(luò)中的占比

如圖 4 所示，當(dāng)實(shí)際輸出電壓 (VOUT) 由于 IFB 的存在而超過預(yù)設(shè)值時(shí)，會(huì)降低電壓精度。

圖 4：計(jì)算輸出電壓精度

因此，建議選擇合適的阻值，使流經(jīng)分壓電阻的電流超過 IFB 的 50 倍。

環(huán)路特性

FB 電阻還會(huì)影響芯片內(nèi)部的環(huán)路特性。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)只是單電阻的情況時(shí)，電壓型運(yùn)放，誤差放大器增益與上分壓電阻 R1 有關(guān)，在動(dòng)態(tài)負(fù)載對(duì)紋波有要求的場景，我們可以調(diào)整 R1 阻值做進(jìn)一步優(yōu)化。

圖5: 電壓模式運(yùn)放

在電流模式運(yùn)放中，運(yùn)放增益 (GEA(S)) 與 R1 / R2 值沒有直接關(guān)系，但與兩個(gè)電阻的比值有關(guān)。圖 6 所示為電流模式運(yùn)放。

圖 6：電流模式運(yùn)放

對(duì)于不同的 VOUT 場景（1V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V 或 5V），建議保持上分壓電阻的阻值不變，只調(diào)節(jié)下分壓電阻的阻值，以獲得近似的環(huán)路特性（見圖 7）。

圖 7：根據(jù)輸出電壓的不同調(diào)整下分壓電阻的阻值

確定 FB 分壓電阻值后，還需要注意 FB 引腳的接線。FB 是容易耦合噪聲的高阻抗引腳。在實(shí)際應(yīng)用中，常見到 R1、R2 放在輸出電容端，這導(dǎo)致 FB 走線較長。這段 FB 走線充當(dāng)了天線，更易耦合非實(shí)反饋，繼而導(dǎo)致 VOUT 變化或不穩(wěn)（見圖 8）。

圖 8：長 FB 走線更易耦合非實(shí)反饋

在電路布線設(shè)計(jì)中，F(xiàn)B 走線應(yīng)盡量短，R1、R2 應(yīng)盡量靠近 IC 的 FB 引腳放置；但 VOUT 輸出直流電平，抗干擾能力強(qiáng)，所以可采用長走線（圖 9）。

圖 9：電路走線中的短 FB 走線

一般在輸出電流（IOUT）只有幾個(gè)安培時(shí)，R2 的接地可以靠近芯片地。但當(dāng) IOUT 超過 10A 時(shí)，由于接地線上的敷銅有限，地線上的電壓會(huì)損失，導(dǎo)致實(shí)際 VOUT 低于預(yù)設(shè)電壓。在這種情況下，建議使用遠(yuǎn)程采樣（見圖 10）。

圖10：遠(yuǎn)程采樣

結(jié)語

要優(yōu)化 DC/DC 變換器 中 FB 分壓電阻的 FB 布線，首先要保持第一個(gè)電阻走線盡可能地短，并在同一側(cè)直接連接第二個(gè)電阻。同時(shí)確保沒有干擾源，如開關(guān)、電感、噪聲地等。

審核編輯：湯梓紅