DCDC反馈电容的作用

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，影响这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，已下探讨的是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

在没有反馈电容的情况下测得系统的穿越频率fc；

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

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，在没有反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，计算得到最优的反馈电容CF=109pF，我们实际使用较为接近的110pF。

此外，在没有反馈电容时，该配置下的相位裕量仅为27º。

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

而使用110pF反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50º。

进行相同的负载瞬变响应测试，在增加反馈电容后，输出电压的最大偏移量从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。

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。

审核编辑：汤梓红