BUCK電路反饋分壓設(shè)計(jì)揭秘 | 反饋電阻取值大小的影響

關(guān)注“電源先生”，解析開關(guān)電源我是“余生死磕電源，致力于成為電源大師”的“電源先生”。

5.4.2.1 影響待機(jī)功耗

電阻者，能量消耗元件也！高邊反饋電阻和低邊反饋電阻是串聯(lián)在輸出電壓VOUT和GND之間的，也必然存在著能量消耗。對(duì)于電壓不變的情況，從功率計(jì)算公式 P=U^2/R 可知，阻值越小，功率損耗越大。同理，降壓電路高邊和低邊反饋電阻的取值越小，無負(fù)載輸入電流越大，或者說靜態(tài)功率損耗越大。尤其是在低功耗應(yīng)用場合，為了提高輕載時(shí)的電源效率，或者說減小反饋電阻上的功率損耗，輸出電壓配置電阻 R_(FB,HS) 和 R_(FB,LS) 的阻值通常不小于10k（也不應(yīng)過大，否則反饋電壓更容易拾取噪聲），可以在10-500kΩ之間選取，而且精度為 1% 或更好的電阻（因?yàn)閺墓?5.1)可以看出，反饋電阻精度越高，由此得到的輸出電壓精度也越高）。

圖 5.9 MPQ4430 FB分壓電阻取值數(shù)量級(jí)不同帶來的效率差異

圖 5.9所示，尤其是對(duì)于MPQ4430這種低靜態(tài)電流（Low Iq）的轉(zhuǎn)換器來說，F(xiàn)B反饋分壓電阻取值數(shù)量級(jí)不同，會(huì)導(dǎo)致輕載效率不同。

對(duì)于含電池的產(chǎn)品，可以“適當(dāng)”同比例增大 DC-DC 中 FB 分壓電阻的取值，來優(yōu)化產(chǎn)品的待機(jī)功耗。

5.4.2.2 影響輸出電壓精度

為了降低待機(jī)功耗，需要增大FB反饋電阻的阻值，那么取值是否越大越好呢？

與“開關(guān)頻率的選擇是電路尺寸與轉(zhuǎn)換效率的權(quán)衡取舍”類似，開關(guān)電源電路中任何參數(shù)的取值，都可能需要與其他參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡取舍，這里的FB反饋電阻的取值也是相同的道理，不是為了降低待機(jī)功耗，取值越大越好。

(1) 定性分析

圖 5.10 輸出電壓的計(jì)算公式

圖 5.10所示，高邊反饋電阻和低邊反饋電阻的中間節(jié)點(diǎn)連接到誤差放大器的反相輸入端，具有較小的誤差放大器的輸入電流 I_FB ，基于FB引腳（或節(jié)點(diǎn)）使用基爾霍夫電流定律可知：

使用電壓 V_OUT 和 V_REF （FB引腳電壓），以及電阻R1和R2表示上式，可得：將上述等式兩邊同時(shí)乘以電阻R1，從而解得 V_OUT 表示如下：這里，我們可以將該公式表述為，輸出電壓典型值 V_OUT 等于“目標(biāo)電壓”（也就是“設(shè)計(jì)需求”中的輸出電壓典型值）?(1+R1/R2)×V_REF?與“增量電壓”?I_FB×R1?之和?？梢?，只要保證R1和R2取值呈現(xiàn)一定的比例（或者說R1/R2為某常數(shù)），輸出電壓目標(biāo)值 (1+R1/R2)×V_REF 是不變的。
但是，F(xiàn)B引腳的輸入電流 I_FB 是常數(shù)，增量電壓 I_FB×R1 是會(huì)隨著R1增大而增大的，結(jié)果就是 V_OUT 也會(huì)越來越偏移預(yù)設(shè)的輸出電壓目標(biāo)值，從而會(huì)降低輸出電壓精度。

(2) 定量分析

為了定量描述增量電壓 I_FB×R1 在輸出電壓目標(biāo)值 (1+R1/R2)×V_REF 中的占比，我們將“增量電壓占輸出電壓目標(biāo)值的比值”（簡稱“增量比”）定義如下：

可見，在參考電壓 V_REF 、FB引腳的輸入電流 I_FB 以及R1/R2都是常數(shù)的情況下，增量電壓占比會(huì)隨著R1阻值增大而同比例增大，由公式(5.19)決定的輸出電壓 V_OUT 的偏移量也就越來越大。圖 5.11所示，因?yàn)殡娫?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E8%8A%AF%E7%89%87/">芯片FB引腳具有較大的輸入阻抗，該引腳的輸入電流 I_FB 比較?。◣资畁A級(jí)別），實(shí)際進(jìn)行反饋電阻取值時(shí)，可以要求該增量電壓占比小于0.1%，從而關(guān)注到反饋電阻能夠取得的最大值。這時(shí)，根據(jù)公式(5.20)可得：從而解得高邊反饋電阻R1能夠取得最大值的表達(dá)式如下：這其實(shí)可以作為反饋電阻取值時(shí)，先固定高邊反饋電阻的原因之一：先保證增量電壓 I_FB×R1 占輸出電壓 V_OUT 的比例“增量比”，或者輸出電壓 V_OUT 的偏移量，不超過目標(biāo)值0.1%，這里稱為“輸出電壓‘增量比’不超過0.1%”的方法。注：該定量分析方法已經(jīng)被期刊錄用，參考前文 [?畢業(yè)十年來，第一次發(fā)表期刊論文?]...

5.4.2.3 影響反饋環(huán)路穩(wěn)定性

除了影響待機(jī)功耗和輸出電壓精度外，對(duì)于芯片內(nèi)部的環(huán)路特性，F(xiàn)B反饋電阻也會(huì)造成一定的影響。

圖 5.12所示，電壓型誤差放大器的增益 G_ea (s) 與高邊反饋電阻R1有關(guān)，在動(dòng)態(tài)負(fù)載對(duì)紋波有要求的場景，可以調(diào)整 R1 阻值做進(jìn)一步優(yōu)化。

圖 5.12 電壓型誤差放大器的增益與高邊反饋電阻R1有關(guān)

圖 5.13所示，當(dāng)基于某轉(zhuǎn)換器已經(jīng)調(diào)試完成某個(gè)輸出電壓時(shí)，建議固定高邊反饋電阻R1阻值，通過調(diào)節(jié)低邊反饋電阻R2阻值實(shí)現(xiàn)不同的輸出電壓，如此使得這些電源都具有近似的環(huán)路特性。

圖 5.13 固定高邊反饋電阻R1，通過調(diào)節(jié)低邊反饋電阻R2實(shí)現(xiàn)不同的輸出電壓

圖 5.14所示，電流型誤差放大器的增益 G_ea (s) 與R1/R2比值有關(guān)，與R1和R2具體取值無關(guān)?？梢韵裙潭ǜ哌叿答侂娮鑂1阻值，再計(jì)算低邊反饋電阻R2阻值，也可以反過來。

圖 5.14 電流型誤差放大器的增益與比值R1/R2有關(guān)