淺析Buck變換器中反饋電阻的作用

1、淺析buck變換器中反饋電阻的作用buck變換器因?yàn)榫哂行矢叩膬?yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、mp3等移動(dòng)多媒體設(shè)備上，目前無(wú)數(shù)芯片創(chuàng)造廠(chǎng)商都推出了不同能力的buck變換器，這類(lèi)變換器雖然在電流能力和庇護(hù)功能方面存在一些差異，但是他們的主框架結(jié)構(gòu)是基本全都的，主要可以分為兩個(gè)部分：一是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的主功率部分，另一部分是實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋控制的控制電路，1所示。圖1 buck變換器電路主框圖。對(duì)于不同廠(chǎng)商設(shè)計(jì)的buck變換器芯片，外圍電路所需要的器件會(huì)有所不同，這是由于芯片的集成度有差異，比如，有的廠(chǎng)商會(huì)把功率管集成在芯片內(nèi)部；有的廠(chǎng)商會(huì)把控制部分的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)集成在芯片內(nèi)部。集成度越高的芯片，外圍電路所需要的

2、器件就越少，因此對(duì)于客戶(hù)來(lái)說(shuō)，外圍器件的挑選需要按照詳細(xì)芯片來(lái)打算。然而，對(duì)于任何一個(gè)輸出可以調(diào)整的buck變換器芯片，挑選合適的反饋是必不行少的。圖2是bcd公司的buck變換器ap3406的典型應(yīng)用圖，因?yàn)樵撔酒啥群芨撸鈬恍枰斎?、輸出、輸出電容和反饋電阻，本文就以此為例?duì)反饋電阻的作用做簡(jiǎn)要分析，為如何挑選反饋電阻提供參考。圖2 buck變換器芯片典型應(yīng)用圖。設(shè)置輸出反饋電阻rf1和rf2的第一個(gè)作用是設(shè)置buck電路的輸出電壓值，2所示，穩(wěn)態(tài)時(shí)，運(yùn)算的反相輸入端和同相輸入端電壓是相等的，于是可以得到輸出電壓計(jì)算公式：其中vref是芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(本例中為0.6v)。影響系統(tǒng)穩(wěn)

3、定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的抗干擾能力，buck變換器除了主功率部分以外，還會(huì)有相應(yīng)的負(fù)反饋控制電路，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)是反饋控制電路的一部分。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的加入可以提高環(huán)路的低頻增益，從而提高抗干擾能力；同時(shí)補(bǔ)償網(wǎng)路使系統(tǒng)擁有足夠的相位裕度，從而保證系統(tǒng)處于穩(wěn)定的工作狀態(tài)，不會(huì)振蕩。圖2中黃色框內(nèi)的部分就是補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)部分，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中包括r1，c1，c2和rf1(注：rf2在環(huán)路分析中不起作用)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)可以表示為：從上式可以看出補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了兩個(gè)極點(diǎn)，其中一個(gè)極點(diǎn)在0點(diǎn)，另一個(gè)極點(diǎn)為，同時(shí)還產(chǎn)生了一個(gè)零點(diǎn)，在mathcad中做出gc(s)的幅頻特性和相頻特性，3和圖4所示，rf1在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的作用

4、是轉(zhuǎn)變中頻段增益，對(duì)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的零極點(diǎn)不會(huì)有影響，在圖3和圖4中的表現(xiàn)就是隨著rf1的轉(zhuǎn)變，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)gc(s)的幅頻特性上下平移，相頻特性不變。圖3 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)幅頻特性。圖4 補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)相頻特性。因此，當(dāng)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入系統(tǒng)環(huán)路之后，rf1的作用是使環(huán)路增益的幅頻特性上下平移，同時(shí)環(huán)路增益的相頻特性保持不變。圖5 buck變換器環(huán)路增益測(cè)試結(jié)果1圖6 buck變換器環(huán)路增益測(cè)試結(jié)果2圖5和圖6是用網(wǎng)絡(luò)分析儀舉行ap3406環(huán)路增益測(cè)試的結(jié)果。由圖可以看出，當(dāng)rf1從300k變幻到470k，再變幻到750k，系統(tǒng)的環(huán)路增益的幅頻特性不斷向下移動(dòng)，同時(shí)相頻特性基本不變。于是系統(tǒng)的帶寬和相位裕度都有較大轉(zhuǎn)變

5、，測(cè)試結(jié)果如表1所示。表1 ap3406環(huán)路增益測(cè)試結(jié)果系統(tǒng)的帶寬是影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的重要因素，相位裕度是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。假如挑選不同的rf1，系統(tǒng)的帶寬和相位裕度會(huì)產(chǎn)生變幻，也就是動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變幻。詳細(xì)以表1來(lái)分析，當(dāng)rf1從300k變到750k，系統(tǒng)地帶寬從51.1khz變到26.1khz，因此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)會(huì)相應(yīng)的變差，而因?yàn)橄辔辉６榷际亲銐虻?，因此系統(tǒng)都處于穩(wěn)定工作的狀態(tài)。圖7和圖8是做負(fù)載切換的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果，從測(cè)試結(jié)果可以看出環(huán)路響應(yīng)速度變慢，導(dǎo)致輸出電壓過(guò)沖變大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果變差。圖7 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果(rf1=300k)圖8 動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試結(jié)果(rf1=750k)從以上分析可以看出，挑選合適的反饋電阻rf1和rf2對(duì)ap3406及同類(lèi)補(bǔ)償結(jié)