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DC/DC變換器FB分壓電阻設計

發布時間:2023-05-02 來源:芯源系統 責任編輯:wenwei

【導讀】在 DC/DC 變換器中,反饋 (FB) 分壓電阻的規格常給設計人員帶來各種設計挑戰,例如如何確定所需的電阻或調節參數(如輸出電壓、上分壓電阻或下分壓電阻)。 圖 1 顯示了 FB 上/下分壓電阻的各種幅度組合。 


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圖 1:FB 上/下分壓電阻的各種幅度組合


本文將探討 FB 分壓電阻的設計規范,包括待機功耗、輸出電壓精度和環路特性。


待機功耗


圖 2 顯示了具有低靜態電流 (IQ) 的 DC/DC 變換器,其 FB 分壓電阻在不同數量級下帶來的效率差異。以 MPQ4430 為例,R1 和 R2 是其分壓電阻。 


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圖 2:R1 和 R2 數量級不同帶來的效率差異


優化待機功耗,尤其是對電池供電產品,可以按比例增大 DC/DC 變換器的 FB 分壓電阻值。


輸出電壓精度


增大 FB 分壓電阻的阻值,可以降低待機功耗。


FB 是運算放大器(op amp)的負輸入端,它會汲取一定的電流。當 FB 電流(IFB)在分壓網絡中占比較小時,IFB 可忽略不計;當其占比較大,即分壓電阻選值較大時,IFB 就不容忽視(見圖 3)。 


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圖 3:FB 電流在分壓網絡中的占比


如圖 4 所示,當實際輸出電壓 (VOUT) 由于 IFB 的存在而超過預設值時,會降低電壓精度。 


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圖 4:計算輸出電壓精度


因此,建議選擇合適的阻值,使流經分壓電阻的電流超過 IFB 的 50 倍。


環路特性


FB 電阻還會影響芯片內部的環路特性。當反饋網絡只是單電阻的情況時,電壓型運放,誤差放大器增益與上分壓電阻 R1 有關,在動態負載對紋波有要求的場景,我們可以調整 R1 阻值做進一步優化。 


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圖5: 電壓模式運放


在電流模式運放中,運放增益 (GEA(S)) 與 R1 / R2 值沒有直接關系,但與兩個電阻的比值有關。圖 6 所示為電流模式運放。 


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圖 6:電流模式運放


對于不同的 VOUT 場景(1V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V 或 5V),建議保持上分壓電阻的阻值不變,只調節下分壓電阻的阻值,以獲得近似的環路特性(見圖 7)。 


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圖 7:根據輸出電壓的不同調整下分壓電阻的阻值


確定 FB 分壓電阻值后,還需要注意 FB 引腳的接線。FB 是容易耦合噪聲的高阻抗引腳。在實際應用中,常見到 R1、R2 放在輸出電容端,這導致 FB 走線較長。這段 FB 走線充當了天線,更易耦合非實反饋,繼而導致 VOUT 變化或不穩(見圖 8)。 


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圖 8:長 FB 走線更易耦合非實反饋


在電路布線設計中,FB 走線應盡量短,R1、R2 應盡量靠近 IC 的 FB 引腳放置;但 VOUT 輸出直流電平,抗干擾能力強,所以可采用長走線(圖 9)。 


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圖 9:電路走線中的短 FB 走線


一般在輸出電流(IOUT)只有幾個安培時,R2 的接地可以靠近芯片地。但當 IOUT 超過 10A 時,由于接地線上的敷銅有限,地線上的電壓會損失,導致實際 VOUT 低于預設電壓。在這種情況下,建議使用遠程采樣(見圖 10)。 


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圖10:遠程采樣/p>


結語


要優化 DC/DC 變換器 中 FB 分壓電阻的 FB 布線,首先要保持第一個電阻走線盡可能地短,并在同一側直接連接第二個電阻。同時確保沒有干擾源,如開關、電感、噪聲地等。



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