在电源电路设计中,Buck电源是常见的电源应用,今天我们来分析一下Buck电路反馈引脚接电容的作用。
在多数通用电源芯片手册上,可调输出电压的电源都会给出反馈引脚的电阻RH,RL,Vfb这三个参数,在FB引脚和Vout之间有一个option(电容)选项,这个option(电容)设计手册中也有一些说明,但大都不是很详细,那么这个电容的作用究竟是什么 ,其实它是一个反馈电源瞬态响应的一个参数,影响着电压转换器的带宽及瞬态响应能力。如何选择这个电容的值,需要利用工具检测波形,对比各种电容效果,进行改善,以便达到最优秀的产品性能。
在多数通用电源芯片手册上,可调输出电压的电源都会给出反馈引脚的电阻RH,RL,Vfb这三个参数,在FB引脚和Vout之间有一个option(电容)选项,这个option(电容)设计手册中也有一些说明,但大都不是很详细,那么这个电容的作用究竟是什么 ,其实它是一个反馈电源瞬态响应的一个参数,影响着电压转换器的带宽及瞬态响应能力。如何选择这个电容的值,需要利用工具检测波形,对比各种电容效果,进行改善,以便达到最优秀的产品性能。
如图1所示,是某个降压型DCDC的应用,以下探讨的是Cf的作用和选取方法。
图 1 电源芯片段典型应用
一、反馈电容的影响
如图2为简化的输出可调电源的应用示意图。
A(s)为电源系统的开环增益,为方便讨论我们假定A(s)里已经包含了输出电容、负载等其他因素的影响。
上述电路在不使用反馈电容CF时的输出电压为
其中,β为反馈系数。其环路增益(Gs)为
可见,通过调节分压电阻虽然可以改变输出电压OUT,但同时也使得G(s)的带宽变窄。
合理地使用反馈电容可以提升电源的带宽及响应速度,此时环路增益为
由此可得,CF并不改变DC输出,而是为系统引入了一对低频零点fz和高频极点fp。零点会使相位裕量增加,极点则恶化相位裕量,使零点与极点尽量远离才能获得更多的相位裕量。但CF引入的零极点对的距离在对数坐标里是固定的,因为
据此可确定,反馈电容在R1/R2越大时作用越明显,在R1=0时不产生作用。而在R1/R2确定的场合,需要合理地选择反馈电容CF。
二、反馈电容的选择
为了兼顾系统的带宽和相位裕量,通过以下步骤可以得到最优化的反馈电容容值
1. 在没有反馈电容的情况下测得系统的穿越频率fc;
2. 选择的反馈电容引入的零点和极点,使其满足
化简为:
来个实例分析,如图所示
综上所述,合理地使用反馈电容可以明显地改善电源的动态特性。
反馈电容的最优值是基于系统带宽和相位裕量的最优折中。在必要的场合,通过综合分析实际应用时转换器的带宽和裕量的要求,对最优值的适当增大或减小以进一步优化带宽或裕量。通常情况下,我们建议尽量接近最优值。
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