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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。
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. S s8 i' P1 U- v& B' r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。
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( [% C# ^ k2 c% E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。# t1 l* v( l: O/ Q2 I
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)。
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, j) H9 v- A& V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。
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1 O5 E7 e- B0 x; k. G6 ~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。8 H' l/ b1 P6 }* ]$ w4 b
(1)RI和CFF形成了一个零点
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(2)RI、R2和CFF形成了一个极点
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& w( R# D, h3 B1 I a1 Q零点和极点的位置如Figure 4所示。(在上面)
3 b% n* E$ e7 G, N. s) ~2 P" L1 G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)。# X ?) q# P) Y: U V& B: |& o
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. [; |5 @7 F& B( E& q# x7 w' U
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。! \* _9 H4 u. a: P) H8 t
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(2)有前馈电容时: j0 |" k# [' I5 W1 U
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。
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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:
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8 I9 a2 Z3 r% M: `( n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。 0 n+ S$ x) ~; m4 j% d6 h, [ l6 L3 K
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