缓启动电源中前馈电容的作用

前馈电容的副作用

表1 前馈电容的副作用

序号	副作用	说明
1	上电缓启动问题
2	负载瞬态响应期间的PG异常
3	关断电源时的Vfb电压

上电缓启动问题

前馈电容过大会给上电启动带来两个问题，第一，大幅度增加启动时间，第二，Vout并没有建立到正常值以内，PG提前被拉高了（表示电源电压已建立到正常值范围，但实际并没有）。第一个问题一般影响不大，第二个可能在某些应用里无法接受。参见图1和图2。

图2中黄色迹线Vout建立时间比图1慢很多：一个是1.5ms，另一个是300ms！这是因为后者的CFF是前者的1000倍，导致上升时间过慢，因为要给前馈电容充电。

图1 TPS7A8300使用10nF前馈电容时的上电波形，注意：PG（蓝色迹线）在Vout（红色迹线）建立到正常值后变为高电平

图2 TPS7A8300使用10uF前馈电容时的上电波形，注意：PG（红色迹线）在Vout（黄色迹线）未建立到正常值就逐步变为高电平了，异常！

负载瞬态响应期间的PG异常

跟第一个问题一样，都是前馈电容VFF过大，导致了电源PG功能的异常。负载瞬态响应期间，输出过冲电压直接通过前馈电容到达了Vfb引脚，Vfb引脚也同时为PG功能的输入引脚，参见图3电源框图。如果VFB低于0.9Vref，那么PG会从高电平切换到低电平，这是一个错误信号，参见图4。

图3 从电源框图中可以看到FB引脚同时也是PG功能的输入引脚（这里的比较器正负输入似乎画反了，如果这样的话，VFB大于0.9Vref时，比较器输出高电平，Q2导通，PG被拉低。但VFB大于0.9Vref时，PG应该为高阻输出才对）

图4 TPS7A8300用10uF的前馈电容，3A负载瞬态响应，出现了VPG（蓝色迹线）异常变低的情况。这是因为Vout波动电压直接从前馈电容耦合到了VFB引脚，未经过电阻衰减，所以PG此时失效

关断电源时的Vfb电压

不管是通过使能引脚还是输入电源轨降低到使能电压以下，导致了电源关断，如果前馈电容过大，都可能导致FB结点电压（负电压）超出绝对额定最大值范围。这是因为电容太大，储能过多，那么放电时经过二极管的电流就越大，两端差压也就越大了。

参见图5和图6。如果非要使用那么大容值的CFF，可以在FB与GND之间增加肖特基二极管解决，但要注意肖特基二极管的漏电流可能会影响输出电压精度。

图5 电源关断时前馈电容的放电路径，红色线条表明了电容放电路径（经过内部ESD保护二极管）

图6 TPS7A8300使用10uF前馈电容时，关断电源时VFB电压甚至达到了-1V，已超出该引脚的绝对额定最大值

其实这块我没有很确定理解了，所以搭建了一个等效电路去仿真CFF大小对于VFB电压的影响，可以看到，CFF越大，那么VFB就越会越小，那么就越有可能超出绝对额定最大值范围。目的是分析CFF小的时候是否还会有这个问题，因为一般情况下我们不会让CFF过大。结论是CFF小的时候不会造成这个问题。参见图7和图8。

图7 等效电路仿真，Cff=10uF，VFB_min=-0.75V

图7 等效电路仿真，Cff=10nF，VFB_min=-0.15V

总结

前馈电容CFF过大，主要会带来三个问题，分别是，第一，会增加上电启动时间，以及输出电压未建立到正常值范围，PG引脚却提前被拉高了（高电平代表输出电压已进入了正常值范围）；第二，还是关于PG功能，负载瞬态响应期间，PG引脚电压会被异常拉低；第三，电源关断时，CFF放电通过芯片内部ESD保护二极管时，产生的电压可能会超过该引脚绝对额定最大值。TI那篇文档里并没有提到CFF过大引起的稳定性问题，可能会更稳定吧。