详细分析Buck变换器反馈电阻作用.

1、深入浅出Buck变换器反馈电阻作用关键字：电源管理Buck变换器反馈电阻环路增益Buck变换器由于具有效率高的优点而被广泛应用于手机、GPS MP3等移动多媒体设备上，目前很多 电源管理芯片制造厂商都推出了不同电流能力的 Buck变换 器，这类变换器虽然在电流能力和保护功能方面存在一些差异，但是他们电路的主框架结构是基本一致的，主要可以分为两个部分：一是实现电能转换的主功率 部分，另一部分是实现负反馈控制的控制电路，如图1所示。图1 Buck变换器电路主框图。对于不同厂商设计的Buck变换器芯片，外围电路所需要的器件会有所不同，这 是因为芯片的集成度有差异，比如，有的厂商会把功率管集成在芯片内

2、部；有的厂商会把控制部分的 补偿网络集成在芯片内部。集成度越高的芯片，外围电路所 需要的器件就越少，因此对于客户来说，外围器件的选择需要根据具体芯片来决 定。然而，对于任何一个输出可以调节的 Buck变换器芯片，选择合适的 反馈电 阻是必不可少的。图2是BCD半导体公司的Buck变换器AP3406的典型应用图， 由于该芯片集成度很高，外围只需要输入电容、输出电感、输出电容和反馈电阻， 本文就以此为例对反馈电阻的作用做简要分析，为如何选择反馈电阻提供参考。I 屮川|山| I Cml ml图2 Buck变换器芯片典型应用图设置输出电压 反馈电阻Rf1和Rf2的第一个作用是设置Buck电路的输出电压

3、值，如图2所示, 稳态时，运算放大器的反相输入端和同相输入端电压是相等的， 于是可以得到输Fur 二（1 十 ） xref出电压计算公式：其中Vref是芯片内部基准电压（本例中为0.6V）。影响系统稳定性和动态响应为了实现系统的抗干扰能力，Buck变换器除了主功率部分以外，还会有相应的 负反馈控制电路，补偿网络是反馈控制电路的一部分。 补偿网络的加入可以提高 环路的低频增益，从而提高抗干扰能力；同时补偿网路使系统拥有足够的相位裕 度，从而保证系统处于稳定的工作状态，不会振荡。图2中黄色框内的部分就是补偿网络部分，补偿网络中包括 R1，C1, C2和Rf1（注：Rf2在环路分析中不起从上式可以看

4、出补偿网络产生了两个极点,其中一个极点在0点，另一个极点为作用），补偿网络的传递函数可以表示为：Gc(JT)=-=Rfi % Cl +C2 *1+XlxClxsCIC2(i m ci+C2 xs)xsC1C2Cl +C21fi =同时还产生了一个零点27?1C1在mathcad中做出Gc（s）的幅频特性和相频特性，如图3和图4所示，Rf1在补偿网络中的作用是改变中频段增益，对补偿网络中的零极点不会有影响，在图3和图4中的表现就是随着Rf1的改变，补偿网络Gc（s）的幅频特性上下平移，相 频特性不变。1变火1 1061 101-皿图3补偿网络幅频特性。450-45-90-135T旳341001

5、105140图4补偿网络相频特性。5671 10 1 10 1 10因此，当补偿网络进入系统环路之后，Rf1的作用是使环路增益的幅频特性上下 平移，同时环路增益的相频特性保持不变。Rfl=470KCPF1CEbKHbt1：UFFV 席 pMnsi?福” FF歐=PX.f It -12 JBeiIF时jfi Hj 亍丁師:亠1 kN;UDNE厂苛UFV fOJSKCRH CEL图5 Buck变换器环路增益测试结果1SPACE(JfKhSP RCEERH淀 T TLEDOME厂1眞DEV frisk：CfiHCEL图6 Buck变换器环路增益测试结果2图5和图6是用网络分析仪进行AP3406环路增

6、益测试的结果。由图可以看出，当Rf1从300k变化到470k,再变化到750k,系统的环路增益的幅频特性不断向 下移动，同时相频特性基本不变。于是系统的带宽和相位裕度都有较大改变，测试结果如表1所示。RL带宽相位裕度300k514k293470k35,5k46.8750k264k51.9&表1 AP3406环路增益测试结果 系统的带宽是影响系统动态响应的重要因素，相位裕度是影响系统稳定性的重要 因素。如果选择不同的Rf1，系统的带宽和相位裕度会产生变化，也就是动态响 应和稳定性会发生变化。具体以表 1来分析，当Rf1从300k变到750k，系统地 带宽从51.1kHz变到26.1kHz，因此系

7、统的动态响应会相应的变差，而由于相位 裕度都是足够的，因此系统都处于稳定工作的状态。图7和图8是做负载切换的 动态响应测试结果，从测试结果可以看出环路响应速度变慢，导致输出电压过冲 变大，动态响应效果变差。图7动态响应测试结果（Rf仁300k）图8动态响应测试结果（Rf1=750k）从以上分析可以看出，选择合适的反馈电阻Rf1和Rf2对AP3406及同类补偿结构的Buck变换器有很重要的作用。选择反馈电阻时，不能只考虑稳态时，输出 电压是否符合要求，还应该考虑，反馈电阻对系统稳定性和动态响应的影响。作者：袁珊珊系统工程师BCD半导体公司深入浅出Buck变换器反馈电阻作用关键字：电源管理 Buc

8、k变换器 反馈电阻 环路增益Buck变换器由于具有效率高的优点而被广泛应用于手机、GPS MP3等移动多媒体设备上，目前很多 电源管理芯片制造厂商都推出了不同电流能力的 Buck变换 器，这类变换器虽然在电流能力和保护功能方面存在一些差异，但是他们电路的主框架结构是基本一致的，主要可以分为两个部分：一是实现电能转换的主功率 部分，另一部分是实现负反馈控制的控制电路，如图1所示。图1 Buck变换器电路主框图。对于不同厂商设计的Buck变换器芯片，外围电路所需要的器件会有所不同，这 是因为芯片的集成度有差异，比如，有的厂商会把功率管集成在芯片内部；有的厂商会把控制部分的 补偿网络集成在芯片内部。

9、集成度越高的芯片，外围电路所 需要的器件就越少，因此对于客户来说，外围器件的选择需要根据具体芯片来决 定。然而，对于任何一个输出可以调节的 Buck变换器芯片，选择合适的 反馈电 阻是必不可少的。图2是BCD半导体公司的Buck变换器AP3406的典型应用图， 由于该芯片集成度很高，外围只需要输入电容、输出电感、输出电容和反馈电阻， 本文就以此为例对反馈电阻的作用做简要分析，为如何选择反馈电阻提供参考。ConthdWv2 f t.3 11 hiif图2 Buck变换器芯片典型应用图设置输出电压反馈电阻Rf1和Rf2的第一个作用是设置Buck电路的输出电压值，如图2所示, 稳态时，运算放大器的反

10、相输入端和同相输入端电压是相等的， 于是可以得到输出电压计算公式:其中Vref是芯片内部基准电压（本例中为0.6V）影响系统稳定性和动态响应为了实现系统的抗干扰能力，Buck变换器除了主功率部分以外，还会有相应的 负反馈控制电路，补偿网络是反馈控制电路的一部分。 补偿网络的加入可以提高 环路的低频增益，从而提高抗干扰能力；同时补偿网路使系统拥有足够的相位裕 度，从而保证系统处于稳定的工作状态，不会振荡。图2中黄色框内的部分就是补偿网络部分，补偿网络中包括 R1，C1, C2和Rf1(注：Rf2在环路分析中不起作用)，补偿网络的传递函数可以表示为:/?, XCI+C2 X1 +/? IxClxi

11、*CC 2(1 +C +C2 X5JX5从上式可以看出补偿网络产生了两个极点,其中一个极点在0点，另一个极点为C1C2Cl +C2fi =同时还产生了一个零点在mathcad中做出Gc(s)的幅频特性和相频特性，如图3和图4所示，Rf1在补偿网络中的作用是改变中频段增益，对补偿网络中的零极点不会有影响，在图3和图4中的表现就是随着Rf1的改变，补偿网络Gc(s)的幅频特性上下平移，相 频特性不变。1变火1 1061 101-皿图3补偿网络幅频特性。450-45-90-135T旳341001 105140图4补偿网络相频特性。5671 10 1 10 1 10因此，当补偿网络进入系统环路之后，R

12、f1的作用是使环路增益的幅频特性上下 平移，同时环路增益的相频特性保持不变。Rfl=470KCPF1CEbKHbt1：UFFV 席 pMnsi?福” FF歐=PX.f It -12 JBeiIF时jfi Hj 亍丁師:亠1 kN;UDNE厂苛UFV fOJSKCRH CEL图5 Buck变换器环路增益测试结果1SPACE(JfKhSP RCEERH淀 T TLEDOME厂1眞DEV frisk：CfiHCEL图6 Buck变换器环路增益测试结果2图5和图6是用网络分析仪进行AP3406环路增益测试的结果。由图可以看出，当Rf1从300k变化到470k,再变化到750k,系统的环路增益的幅频特性

13、不断向 下移动，同时相频特性基本不变。于是系统的带宽和相位裕度都有较大改变，测试结果如表1所示。RL带宽相位裕度300k514k293470k35,5k46.8750k264k51.9&表1 AP3406环路增益测试结果 系统的带宽是影响系统动态响应的重要因素，相位裕度是影响系统稳定性的重要 因素。如果选择不同的Rf1，系统的带宽和相位裕度会产生变化，也就是动态响 应和稳定性会发生变化。具体以表 1来分析，当Rf1从300k变到750k，系统地 带宽从51.1kHz变到26.1kHz，因此系统的动态响应会相应的变差，而由于相位 裕度都是足够的，因此系统都处于稳定工作的状态。图7和图8是做负载切

14、换的 动态响应测试结果，从测试结果可以看出环路响应速度变慢，导致输出电压过冲 变大，动态响应效果变差。图7动态响应测试结果（Rf仁300k）图8动态响应测试结果（Rf1=750k）从以上分析可以看出，选择合适的反馈电阻Rf1和Rf2对AP3406及同类补偿结构的Buck变换器有很重要的作用。选择反馈电阻时，不能只考虑稳态时，输出 电压是否符合要求，还应该考虑，反馈电阻对系统稳定性和动态响应的影响。作者：袁珊珊系统工程师BCD半导体公司深入浅出Buck变换器反馈电阻作用关键字：电源管理 Buck变换器反馈电阻环路增益Buck变换器由于具有效率高的优点而被广泛应用于手机、GPS MP3等移动多媒体

15、设备上，目前很多 电源管理芯片制造厂商都推出了不同电流能力的Buck变换器，这类变换器虽然在电流能力和保护功能方面存在一些差异，但是他们电路的主框架结构是基本一致的，主要可以分为两个部分：一是实现电能转换的主功率 部分，另一部分是实现负反馈控制的控制电路，如图1所示。畑*王功军部咎倒:VC控制部分GW）图1 Buck变换器电路主框图对于不同厂商设计的Buck变换器芯片，外围电路所需要的器件会有所不同，这 是因为芯片的集成度有差异，比如，有的厂商会把功率管集成在芯片内部；有的厂商会把控制部分的 补偿网络集成在芯片内部。集成度越高的芯片，外围电路所 需要的器件就越少，因此对于客户来说，外围器件的选

16、择需要根据具体芯片来决 定。然而，对于任何一个输出可以调节的 Buck变换器芯片，选择合适的 反馈电 阻是必不可少的。图2是BCD半导体公司的Buck变换器AP3406的典型应用图， 由于该芯片集成度很高，外围只需要输入电容、输出电感、输出电容和反馈电阻， 本文就以此为例对反馈电阻的作用做简要分析，为如何选择反馈电阻提供参考。图2 Buck变换器芯片典型应用图 设置输出电压 反馈电阻Rf1和Rf2的第一个作用是设置Buck电路的输出电压值，如图2所示, 稳态时，运算放大器的反相输入端和同相输入端电压是相等的， 于是可以得到输其中Vref是芯片内部基准电压（本例中为0.6V）。影响系统稳定性和动

17、态响应为了实现系统的抗干扰能力，Buck变换器除了主功率部分以外，还会有相应的 负反馈控制电路，补偿网络是反馈控制电路的一部分。 补偿网络的加入可以提高 环路的低频增益，从而提高抗干扰能力；同时补偿网路使系统拥有足够的相位裕 度，从而保证系统处于稳定的工作状态， 不会振荡。图2中黄色框内的部分就是补偿网络部分，补偿网络中包括 R1 , C1, C2和Rf1(注：Rf2在环路分析中不起OUTR, XCI+C2 1+/T1XCIX5作用)，补偿网络的传递函数可以表示为:C1C 2(1 + RiX C+C2从上式可以看出补偿网络产生了两个极点,其中一个极点在0点，另一个极点为fP =C1C2Cl Y

18、21fz 同时还产生了一个零点2jtRC在mathcad中做出Gc(s)的幅频特性和相频特性，如图3和图4所示，Rf1在补偿网络中的作用是改变中频段增益，对补偿网络中的零极点不会有影响，在图3和图4中的表现就是随着Rf1的改变，补偿网络Gc(s)的幅频特性上下平移，相 频特性不变。1变火1 1061 101-皿图3补偿网络幅频特性。450-45-90-135T旳341001 105140图4补偿网络相频特性。5671 10 1 10 1 10因此，当补偿网络进入系统环路之后，Rf1的作用是使环路增益的幅频特性上下 平移，同时环路增益的相频特性保持不变。Rfl=470KCPF1CEbKHbt1：UFFV 席 pMnsi?福” FF歐=PX.f It -12 JBeiIF时jfi Hj 亍丁師:亠1 kN;UDNE厂苛UFV fOJSKCRH CEL图5 Buck变换器环路增益测试结果1SPACE(JfKhSP RCEERH淀 T TLEDOME厂1眞DEV frisk：CfiHC