前馈电容是如何影响buck电路的输出特性的？

xiaocheng

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，CIN为输入滤波电容，CBOOT是上管驱动“自举”电容，L是储能电感，R1和R2是反馈电阻，CFF是前馈电容，COUT是输出滤波电容，RT是内部运放补偿器件。

一、理论分析

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CFF形成了一个零点



（2）RI、R2和CFF形成了一个极点



零点和极点的位置如Figure 4所示。（在上面）

二、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（CFF） 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。

三、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。



四、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VOUT就是DCDC的输出电压；R1和R2为反馈电阻；L为电感；COUT为输出滤波电容。

CFF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。

原文链接：
https://blog.csdn.net/LUOHUATINGYUSHENG/article/details/89423314

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前馈电容（CFF）在buck电路中对输出特性的影响显著。当加入前馈电容后，它改变了电路的频率响应，对输出电压的调节起到重要作用。前馈电容能优化电路的瞬态响应和稳定性，减少输出电压的波动。在启动和负载突变时，前馈电容有助于系统更快地达到稳定状态。此外，前馈电容还能改善电路的环路增益和相位裕量，提高系统的稳定性。对于图中所展示的电路，通过合理配置前馈电容，可以进一步提升转换器的性能。总体来说，前馈电容在buck电路中是不可或缺的元件，对电路的输出特性起着至关重要的作用。

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xiaocheng

前馈电容（CFF）在buck电路中对输出特性的影响显著。其主要作用是提高系统的环路增益和稳定性。在DC-DC转换器中，前馈电容的存在能引入额外的增益和相位补偿，从而优化系统的瞬态响应和稳定性。它能加快输出电压的调整速度，特别是在负载电流变化或输入电压变化的情况下。

具体到该电路的说明中，在没有前馈电容时，反馈网络主要由两个反馈电阻构成，用来设定输出电压。但加入前馈电容后，电路环路增益得到提升，有助于减少输出电压的纹波和噪声。此外，前馈电容还能改善系统的动态响应特性，提高系统的抗干扰能力。因此，在设计buck电路时，前馈电容的选取十分重要，需结合系统需求进行综合考虑。

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