前馈电容的作用-DCDC

DCDC电路中的前馈电容

如下图为典型的DCDC电路：芯片是台湾省立琦科技的。

上图为DCDC典型应用电路，C_IN为输入滤波电容，C_BOOT是上管驱动“自举”电容，L是储能电感，R1和R2是反馈电阻，C_FF是前馈电容，C_OUT是输出滤波电容，R_T是内部运放补偿器件。

有前馈电容和没有前馈电容

没有前馈电容

如果没有前馈电容，内部补偿DC-DC转换器的反馈网络由两个反馈电阻组成，用于设置转换器的输出电压，如图1所示。

输出电压公式为：Vout=Vfb*（1+R1/R2）

图2显示了相应的增益和相位图。

有前馈电容

图3显示了在反馈网络中添加了前馈电容C1（Cff）。

输出电压公式为：Vout=Vfb*（1+R1/R2）。

但是因为有前馈电容，增益和相位已经受到影响，图4显示了相应的增益和相位图。

因为加入了前馈电容，所以与反馈电阻形成新的零点和极点，虽然Cff在其零点频率之后引入了增益提升，但是环路相位变化（提升）在零点频率和极点频率之间达到最大值; 请参见以下等式1和等式2的计算。
（1）RI和C_FF形成了一个零点

（2）RI、R2和C_FF形成了一个极点

零点和极点的位置如Figure 4所示。（在上面）

前馈电容的作用

增加了前馈电容设计, 变换器可以更有效地响应输出电压上的高频干扰（交流阻抗小）。
图2和图4中的 bode 图显示, 每个反馈网络在较低频率下的响应是相同的。在中到高频率下, 随着通过 C1（C_FF）的阻抗路径的减小, 输出电压到反馈端的扰动（变化）衰减较小, 并有效地提供增益和相位的提升。

在DCDC工作电源中, 增加的增益和相位与会使得转换器对负载瞬态响应速度更快, 因为在反馈节点检测到的电压偏差在较高频率下衰减较少。转换器的反应是调整占空比, 以更快地纠正输出电压偏差。

为了优化瞬态响应, 选择合适的Cff 值, 这样环路反馈的增益和相位提升将增加转换器的带宽, 同时仍保持可接受的相位裕度。

通常, Cff 的较大值可提供更大的带宽改进。但是, 如果 Cff 过大, 前馈电容会导致环路增益交叉频率过高, 并且 Cff 相位提升贡献不足, 导致不可接受的相位裕度或不稳定性。

前馈电容的实际效果

（1）无前馈电容
如下图所示，无前馈电容设计时，当负载（绿色）由小增大时，输出电压（黄色）曲线出现震荡，且很久才趋于平稳。

（2）有前馈电容时
在同样的负载变化情况下，当有前馈电容设计时，输出电压很快输出平稳，且不会震荡多次。

前馈电容的选择

在数据手册中我们一般会看到如下描述：

上图中的V_OUT就是DCDC的输出电压；R1和R2为反馈电阻；L为电感；C_OUT为输出滤波电容。

C_FF就是前馈电容，22~68 pF就是建议取值大小，我们需要根据实际的负载情况来选取合适的前馈电容值。

一般的方法：

设定一个前馈电容值，测量DCDC输出端的纹波电压大小；减小或者增大前馈电容值，再次测量纹波大小，直到纹波电压小于自身产品要求的纹波电压时，当前前馈电容我们认为是合适的。

参考：TI-Optimizing Transient Response of Internally Compensated dc-dc Converters With Feedforward Capacitor