Google|前馈电容是如何影响buck电路的输出特性的?

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如下图为典型的DCDC电路:芯片是台湾省立琦科技的 。


上图为DCDC典型应用电路 , CIN为输入滤波电容 , CBOOT是上管驱动“自举”电容 , L是储能电感 , R1和R2是反馈电阻 , CFF是前馈电容 , COUT是输出滤波电容 , RT是内部运放补偿器件 。一、理论分析
没有前馈电容

如果没有前馈电容 , 内部补偿DC-DC转换器的反馈网络由两个反馈电阻组成 , 用于设置转换器的输出电压 , 如图1所示 。 输出电压公式为:Vout=Vfb*(1+R1/R2)
图2显示了相应的增益和相位图 。有前馈电容

图3显示了在反馈网络中添加了前馈电容C1(Cff) 。 输出电压公式为:Vout=Vfb*(1+R1/R2) 。但是因为有前馈电容 , 增益和相位已经受到影响 , 图4显示了相应的增益和相位图 。

因为加入了前馈电容 , 所以与反馈电阻形成新的零点和极点 , 虽然Cff在其零点频率之后引入了增益提升 , 但是环路相位变化(提升)在零点频率和极点频率之间达到最大值; 请参见以下等式1和等式2的计算 。


(1)RI和CFF形成了一个零点

(2)RI、R2和CFF形成了一个极点
零点和极点的位置如Figure 4所示 。 (在上面)
二、前馈电容的作用
增加了前馈电容设计 变换器可以更有效地响应输出电压上的高频干扰(交流阻抗小) 。
图2和图4中的 bode 图显示 每个反馈网络在较低频率下的响应是相同的 。 在中到高频率下 随着通过 C1(CFF) 的阻抗路径的减小 输出电压到反馈端的扰动(变化)衰减较小 并有效地提供增益和相位的提升 。
在DCDC工作电源中 增加的增益和相位与会使得转换器对负载瞬态响应速度更快 因为在反馈节点检测到的电压偏差在较高频率下衰减较少 。 转换器的反应是调整占空比 以更快地纠正输出电压偏差 。
为了优化瞬态响应 选择合适的Cff 值 这样环路反馈的增益和相位提升将增加转换器的带宽 同时仍保持可接受的相位裕度 。
通常 Cff 的较大值可提供更大的带宽改进 。 但是 如果 Cff 过大 前馈电容会导致环路增益交叉频率过高 并且 Cff 相位提升贡献不足 导致不可接受的相位裕度或不稳定性 。
三、前馈电容的实际效果

(1)无前馈电容如下图所示 , 无前馈电容设计时 , 当负载(绿色)由小增大时 , 输出电压(黄色)曲线出现震荡 , 且很久才趋于平稳 。 (2)有前馈电容时在同样的负载变化情况下 , 当有前馈电容设计时 , 输出电压很快输出平稳 , 且不会震荡多次 。四、前馈电容的选择

在数据手册中我们一般会看到如下描述:上图中的VOUT就是DCDC的输出电压;R1和R2为反馈电阻;L为电感;COUT为输出滤波电容 。CFF就是前馈电容 , 22~68 pF就是建议取值大小 , 我们需要根据实际的负载情况来选取合适的前馈电容值 。
一般的方法:
设定一个前馈电容值 , 测量DCDC输出端的纹波电压大小;减小或者增大前馈电容值 , 再次测量纹波大小 , 直到纹波电压小于自身产品要求的纹波电压时 , 当前前馈电容我们认为是合适的 。
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