DC-DC之buck前馈电容

    DCDC中，BUCK电源  常见了。

    电源是现代电子产品必不可缺的模块，现今大多数的通用电源芯片都会提供如下图所示的反馈引脚，便于客户使用反馈电阻实现所需的输出，简化设计并节省调试时间。但是通用化也从根本上制约了转换器的带宽及瞬态响应能力。这种情况下，设计师可以通过使用前馈电容在一定程度上对此进行改善。

    如图所示：

    本次对前馈补偿进行基本介绍，以方便设计人员选择合适的前馈电容，以达到  的产品性能。

    一、前馈电容的影响

    常见的可调电源电路如下图所示。

    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。

    上述电路在不使用前馈电容CF时的输出电压为

    其中，β为反馈系数。其环路增益为

    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。

    合理地使用前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，前馈电容在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，需要合理地选择前馈电容CF。

    二、前馈电容的选择

    为了兼顾系统的带宽和相位裕量，通过以下步骤可以得到  化的前馈电容容值

    1. 在没有前馈电容的情况下测得系统的穿越频率fc；

    2. 选择的前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

    在某种运用下将SY8513配置成5V输出，使用电阻R1=105kΩ，R2=20kΩ，此时β=0.16。

    使用环路分析仪，在没有前馈电容的情况下测得系统的环路增益曲线，如下所示。

    可见此时系统的穿越频率为fc=34.8kHz，计算得到  的前馈电容CF=109pF，我们实际使用较为接近的110pF。

    此外，在没有前馈电容时，该配置下的相位裕量仅为27?。

    在没有前馈电容的配置状态，进行负载瞬变响应测试，当负载从1A跳变至3A时，输出电压  存在340mV偏移。

    而使用110pF前馈电容后的环路增益曲线如下所示，可以看到穿越频率变为了72.4 kHz，带宽扩大了一倍。同时，相位裕量也增加到了50?。

    进行相同的负载瞬变响应测试，在增加前馈电容后，输出电压的  偏移量从340mV降低为200mV，发生了明显改善。

    综上所述，合理的使用前馈电容可以明显地改善电源的动态特性。

    前馈电容的  值是基于系统带宽和相位裕量的  折中。在必要的场合，通过综合分析公众号：芯片电子之家，实际应用时转换器的带宽和裕量的要求，对  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  值。

    需要注意，并不是每一个 DC-DC 电路都需要前馈电容，实际设计时，按照 SPEC 参考设计来即可。