浅析Buck变换器中反馈电阻的作用

Buck变换器由于具有效率高的优点而被广泛应用于手机、GPS、MP3等移动多媒体设备上，目前很多电源管理芯片制造厂商都推出了不同电流能力的Buck变换器，这类变换器虽然在电流能力和保护功能方面存在一些差异，但是他们电路的主框架结构是基本一致的，主要可以分为两个部分：一是实现电能转换的主功率部分，另一部分是实现负反馈控制的控制电路，如图1所示。

图1 Buck变换器电路主框图。

对于不同厂商设计的Buck变换器芯片，外围电路所需要的器件会有所不同，这是因为芯片的集成度有差异，比如，有的厂商会把功率管集成在芯片内部；有的厂商会把控制部分的补偿网络集成在芯片内部。集成度越高的芯片，外围电路所需要的器件就越少，因此对于客户来说，外围器件的选择需要根据具体芯片来决定。然而，对于任何一个输出可以调节的Buck变换器芯片，选择合适的反馈电阻是必不可少的。图2是BCD半导体公司的Buck变换器AP3406的典型应用图，由于该芯片集成度很高，外围只需要输入电容、输出电感、输出电容和反馈电阻，本文就以此为例对反馈电阻的作用做简要分析，为如何选择反馈电阻提供参考。

图2 Buck变换器芯片典型应用图。

设置输出电压

反馈电阻Rf1和Rf2的第一个作用是设置Buck电路的输出电压值，如图2所示，稳态时，运算放大器的反相输入端和同相输入端电压是相等的，于是可以得到输出电压计算公式：

其中VREF是芯片内部基准电压(本例中为0.6V)。

影响系统稳定性和动态响应

为了实现系统的抗干扰能力，Buck变换器除了主功率部分以外，还会有相应的负反馈控制电路，补偿网络是反馈控制电路的一部分。补偿网络的加入可以提高环路的低频增益，从而提高抗干扰能力；同时补偿网路使系统拥有足够的相位裕度，从而保证系统处于稳定的工作状态，不会振荡。图2中黄色框内的部分就是补偿网络部分，补偿网络中包括 R1，C1，C2和Rf1(注：Rf2在环路分析中不起作用)，补偿网络的传递函数可以表示为：

从上式可以看出补偿网络产生了两个极点，其中一个极点在0点，另一个极点为，

同时还产生了一个零点，

在mathcad中做出Gc(s)的幅频特性和相频特性，如图3和图4所示，Rf1在补偿网络中的作用是改变中频段增益，对补偿网络中的零极点不会有影响，在图3和图4中的表现就是随着Rf1的改变，补偿网络Gc(s)的幅频特性上下平移，相频特性不变。

图3 补偿网络幅频特性。

图4 补偿网络相频特性。