DC/DC 变换器 FB 分压电阻设计

一路上

前言

在 DC/DC 变换器中，反馈 (FB) 分压电阻的规格常给设计人员带来各种设计挑战，例如如何确定所需的电阻或调节参数（如输出电压、上分压电阻或下分压电阻）。 图 1 显示了 FB 上/下分压电阻的各种幅度组合。

图 1：FB 上/下分压电阻的各种幅度组合

本文将探讨 FB 分压电阻的设计规范，包括待机功耗、输出电压精度和环路特性。

待机功耗

图 2 显示了具有低静态电流 (IQ) 的 DC/DC 变换器，其 FB 分压电阻在不同数量级下带来的效率差异。以 MPQ4430 为例，R1 和 R2 是其分压电阻。

图 2：R1 和 R2 数量级不同带来的效率差异

优化待机功耗，尤其是对电池供电产品，可以按比例增大 DC/DC 变换器的 FB 分压电阻值。

输出电压精度

增大 FB 分压电阻的阻值，可以降低待机功耗。

FB 是运算放大器（op amp）的负输入端，它会汲取一定的电流。当 FB 电流（IFB）在分压网络中占比较小时，IFB 可忽略不计；当其占比较大，即分压电阻选值较大时，IFB 就不容忽视（见图 3）。

图 3：FB 电流在分压网络中的占比

如图 4 所示，当实际输出电压 (VOUT) 由于 IFB 的存在而超过预设值时，会降低电压精度。

图 4：计算输出电压精度

因此，建议选择合适的阻值，使流经分压电阻的电流超过 IFB 的 50 倍。

环路特性

FB 电阻还会影响芯片内部的环路特性。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。

图5: 电压模式运放

在电流模式运放中，运放增益 (GEA(S)) 与 R1 / R2 值没有直接关系，但与两个电阻的比值有关。图 6 所示为电流模式运放。

图 6：电流模式运放

对于不同的 VOUT 场景（1V、1.2V、1.8V、2.5V、3.3V 或 5V），建议保持上分压电阻的阻值不变，只调节下分压电阻的阻值，以获得近似的环路特性（见图 7）。

图 7：根据输出电压的不同调整下分压电阻的阻值

确定 FB 分压电阻值后，还需要注意 FB 引脚的接线。FB 是容易耦合噪声的高阻抗引脚。在实际应用中，常见到 R1、R2 放在输出电容端，这导致 FB 走线较长。这段 FB 走线充当了天线，更易耦合非实反馈，继而导致 VOUT 变化或不稳（见图 8）。

图 8：长 FB 走线更易耦合非实反馈

在电路布线设计中，FB 走线应尽量短，R1、R2 应尽量靠近 IC 的 FB 引脚放置；但 VOUT 输出直流电平，抗干扰能力强，所以可采用长走线（图 9）。

图 9：电路走线中的短 FB 走线

一般在输出电流（IOUT）只有几个安培时，R2 的接地可以靠近芯片地。但当 IOUT 超过 10A 时，由于接地线上的敷铜有限，地线上的电压会损失，导致实际 VOUT 低于预设电压。在这种情况下，建议使用远程采样（见图 10）。

图10：远程采样

结语

要优化 DC/DC 变换器 中 FB 分压电阻的 FB 布线，首先要保持第一个电阻走线尽可能地短，并在同一侧直接连接第二个电阻。同时确保没有干扰源，如开关、电感、噪声地等。

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