DC-DC 变换器中有一个很不起眼的设计 —— FB 分压电阻,但常常让工程师困惑不已,比如:
阻值设计为多少,可以随便取值吗?
更改输出电压,改上分压电阻值还是下分压电阻值呢?
明明已按照规格书推荐取值设计,为什么变换器还是有异常?
图1:FB 上下分压电阻值的量级组合方式多种多样
下面为大家一一介绍 FB 分压电阻设计给整个变换器带来的影响,以便获得更优设计。
影响之一:待机功耗
电阻者,能量消耗点也!
下面这组数据(图2)会展示对于 Low Iq 的 DC-DC,FB 分压电阻取值数量级不同会有多大的差异,以 MPS 公司的产品 MPQ4430 为例,R1, R2 为分压电阻。
图2:FB 分压电阻取值数量级不同带来的效率差异
优化产品待机功耗,尤其是含电池的产品,可以同比例增大 DC-DC 中 FB 分压电阻的取值。
影响之二:输出电压精度
降低待机功耗需要增大 FB 分压电阻的阻值,那该取值是否越高越好?
FB 是运放的负输入端,会吸取一定电流,当 I~FB 占分压网络电流比重较轻时,可以忽略;但是当比重较大,也就是分压电阻选值偏大时,就不能忽略 I FB ,从公式中可以看出由于 IFB ~的存在,实际的输出电压会高于预设值,造成电压精度变差。
图3:计算输出电压
所以,建议选取分压电阻阻值时,流过分压电阻的电流大于50倍 I FB 。
影响之三:环路特性
除了对电气性能的影响之外,对于芯片内部的环路特性,FB 电阻也会造成一定影响。
当反馈网络只是单电阻的情况时,电压型运放,误差放大器增益与上分压电阻 R1 有关,在动态负载对纹波有要求的场景,我们可以调整 R1 阻值做进一步优化;而电流型运放,运放的增益 GEA(S) 与 R1,R2 各自的取值并无直接关联,但与两者的比值相关。
图4:电压型运放和电流型运放
因此对于不同输出电压场景(1V / 1.2V / 1.8V / 2.5V / 3.3V / 5V),建议固定上分压电阻阻值,更改下分压电阻阻值,来获得近似的环路特性。
图5:输出电压不同时,更改下分压电阻
介绍了 FB 分压电阻的取值,还需要着重关注 FB 管脚的布线。
前面提到 FB 是误差放大器的负输入端,这是个高阻抗脚位,因此容易耦合一些噪声,在实际应用中,常常会遇见分压电阻 R1 和 R2 放在输出电容端,导致 FB 走线较长(图6),这条走线充当了天线,更加容易耦合非真实反馈,继而引起输出电压变化或者不稳。
图6
在电路布线中,我们需要 FB 走线尽可能短,分压电阻 R1 和 R2 应靠近 IC 的 FB 管脚布置,而 V~out ~是直流电平,抗干扰能力强,可以做长走线(图7)。
图7
一般在输出电流只有几个安培时,R2 的地可以选择在芯片的地附近连接。但是如果输出电流>10A,且地走线敷铜有限时,地线上会损失电压,导致实际的输出电压会比预设电压小,这种情况,我们建议做远端采样(图8)。
图8
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