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DC/DC變換器FB分壓電阻設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2023-05-19 來(lái)源:芯源系統(tǒng) 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】在 DC/DC 變換器中,反饋 (FB) 分壓電阻的規(guī)格常給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn),例如如何確定所需的電阻或調(diào)節(jié)參數(shù)(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(shè)計(jì)規(guī)范,包括待機(jī)功耗、輸出電壓精度和環(huán)路特性。


待機(jī)功耗


圖 2 顯示了具有低靜態(tài)電流 (IQ) 的 DC/DC 變換器,其 FB 分壓電阻在不同數(shù)量級(jí)下帶來(lái)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(shù)量級(jí)不同帶來(lái)的效率差異


優(yōu)化待機(jī)功耗,尤其是對(duì)電池供電產(chǎn)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(jī)功耗。


FB 是運(yùn)算放大器(op amp)的負(fù)輸入端,它會(huì)汲取一定的電流。當(dāng) FB 電流(IFB)在分壓網(wǎng)絡(luò)中占比較小時(shí),IFB 可忽略不計(jì);當(dāng)其占比較大,即分壓電阻選值較大時(shí),IFB 就不容忽視(見(jiàn)圖 3)。 


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圖 3:FB 電流在分壓網(wǎng)絡(luò)中的占比


如圖 4 所示,當(dāng)實(shí)際輸出電壓 (VOUT) 由于 IFB 的存在而超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí),會(huì)降低電壓精度。 


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圖 4:計(jì)算輸出電壓精度


因此,建議選擇合適的阻值,使流經(jīng)分壓電阻的電流超過(guò) IFB 的 50 倍。


環(huán)路特性


FB 電阻還會(huì)影響芯片內(nèi)部的環(huán)路特性。當(dāng)反饋網(wǎng)絡(luò)只是單電阻的情況時(shí),電壓型運(yùn)放,誤差放大器增益與上分壓電阻 R1 有關(guān),在動(dòng)態(tài)負(fù)載對(duì)紋波有要求的場(chǎng)景,我們可以調(diào)整 R1 阻值做進(jìn)一步優(yōu)化。 


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圖5: 電壓模式運(yùn)放


在電流模式運(yùn)放中,運(yùn)放增益 (GEA(S)) 與 R1 / R2 值沒(méi)有直接關(guān)系,但與兩個(gè)電阻的比值有關(guān)。圖 6 所示為電流模式運(yùn)放。 


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圖 6:電流模式運(yùn)放


對(duì)于不同的 VOUT 場(chǎng)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(diào)節(jié)下分壓電阻的阻值,以獲得近似的環(huán)路特性(見(jiàn)圖 7)。 


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圖 7:根據(jù)輸出電壓的不同調(diào)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(shí)際應(yīng)用中,常見(jiàn)到 R1、R2 放在輸出電容端,這導(dǎo)致 FB 走線較長(zhǎng)。這段 FB 走線充當(dāng)了天線,更易耦合非實(shí)反饋,繼而導(dǎo)致 VOUT 變化或不穩(wěn)(見(jiàn)圖 8)。 


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圖 8:長(zhǎng) FB 走線更易耦合非實(shí)反饋


在電路布線設(shè)計(jì)中,F(xiàn)B 走線應(yīng)盡量短,R1、R2 應(yīng)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(qiáng),所以可采用長(zhǎng)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(gè)安培時(shí),R2 的接地可以靠近芯片地。但當(dāng) IOUT 超過(guò) 10A 時(shí),由于接地線上的敷銅有限,地線上的電壓會(huì)損失,導(dǎo)致實(shí)際 VOUT 低于預(yù)設(shè)電壓。在這種情況下,建議使用遠(yuǎn)程采樣(見(jiàn)圖 10)。 


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圖10:遠(yuǎn)程采樣/p>


結(jié)語(yǔ)


要優(yōu)化 DC/DC 變換器 中 FB 分壓電阻的 FB 布線,首先要保持第一個(gè)電阻走線盡可能地短,并在同一側(cè)直接連接第二個(gè)電阻。同時(shí)確保沒(méi)有干擾源,如開(kāi)關(guān)、電感、噪聲地等。



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