淺析Buck變換器中反饋電阻的作用

Buck變換器由于具有效率高的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于手機、GPS、MP3等移動(dòng)多媒體設備上，目前很多電源管理芯片制造廠(chǎng)商都推出了不同電流能力的Buck變換器，這類(lèi)變換器雖然在電流能力和保護功能方面存在一些差異，但是他們電路的主框架結構是基本一致的，主要可以分為兩個(gè)部分：一是實(shí)現電能轉換的主功率部分，另一部分是實(shí)現負反饋控制的控制電路，如圖1所示。

圖1 Buck變換器電路主框圖。

對于不同廠(chǎng)商設計的Buck變換器芯片，外圍電路所需要的器件會(huì )有所不同，這是因為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部；有的廠(chǎng)商會(huì )把控制部分的補償網(wǎng)絡(luò )集成在芯片內部。集成度越高的芯片，外圍電路所需要的器件就越少，因此對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)，外圍器件的選擇需要根據具體芯片來(lái)決定。然而，對于任何一個(gè)輸出可以調節的Buck變換器芯片，選擇合適的反饋電阻是必不可少的。圖2是BCD半導體公司的Buck變換器AP3406的典型應用圖，由于該芯片集成度很高，外圍只需要輸入電容、輸出電感、輸出電容和反饋電阻，本文就以此為例對反饋電阻的作用做簡(jiǎn)要分析，為如何選擇反饋電阻提供參考。

圖2 Buck變換器芯片典型應用圖。

設置輸出電壓

反饋電阻Rf1和Rf2的第一個(gè)作用是設置Buck電路的輸出電壓值，如圖2所示，穩態(tài)時(shí)，運算放大器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算公式：

其中VREF是芯片內部基準電壓(本例中為0.6V)。

影響系統穩定性和動(dòng)態(tài)響應

為了實(shí)現系統的抗干擾能力，Buck變換器除了主功率部分以外，還會(huì )有相應的負反饋控制電路，補償網(wǎng)絡(luò )是反饋控制電路的一部分。補償網(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)補償網(wǎng)路使系統擁有足夠的相位裕度，從而保證系統處于穩定的工作狀態(tài)，不會(huì )振蕩。圖2中黃色框內的部分就是補償網(wǎng)絡(luò )部分，補償網(wǎng)絡(luò )中包括 R1，C1，C2和Rf1(注：Rf2在環(huán)路分析中不起作用)，補償網(wǎng)絡(luò )的傳遞函數可以表示為：

從上式可以看出補償網(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，如圖3和圖4所示，Rf1在補償網(wǎng)絡(luò )中的作用是改變中頻段增益，對補償網(wǎng)絡(luò )中的零極點(diǎn)不會(huì )有影響，在圖3和圖4中的表現就是隨著(zhù)Rf1的改變，補償網(wǎng)絡(luò )Gc(s)的幅頻特性上下平移，相頻特性不變。

圖3 補償網(wǎng)絡(luò )幅頻特性。

圖4 補償網(wǎng)絡(luò )相頻特性。