Конденсатор в делителе заставляет buck быстрее слушать нагрузку
Делитель обратной связи обычно выглядит самым скучным местом buck-преобразователя: два резистора сообщают контроллеру, достигло ли выходное напряжение заданного уровня. Analog Devices показывает, что конденсатор в несколько пикофарад, включённый параллельно верхнему резистору, способен превратить этот делитель в частотно-зависимый рычаг управления петлёй. Он даёт высокочастотной составляющей ошибки короткий путь к входу FB и меняет Bode-диаграмму без переделки внутренней компенсации контроллера.
Обход для быстрой ошибки
Приём рассчитан на синхронные buck-регуляторы с peak-current-mode control и внутренней компенсацией; в AN-2640 его разбирают на LT80605A. Сеть CFF с верхним резистором RFB-TOP создаёт нуль fFFZ = 1/(2π·RFB-TOP·CFF), а с эквивалентным сопротивлением всего делителя — полюс fFFP = 1/(2π·(RFB-TOP || RFB-BOT)·CFF). Между ними петля получает подъём усиления и фазы. Частоту нуля подбирают около желаемой области crossover, затем проверяют реальную устойчивость анализатором цепей либо моделью и измерениями на плате.
Выходное напряжение задаёт потолок
Красота схемы имеет жёсткое физическое условие. Расстояние между нулём и полюсом определяется отношением fFFP/fFFZ = VOUT/VREF. При опорных 0.8 V выход 1 V даёт максимум лишь 6.3° фазовой добавки: делитель почти не может разнести две характерные частоты. При 12 V предел доходит до 61°. Поэтому CFF нельзя считать универсальной волшебной деталью для всех низковольтных шин; его запас действия заложен в самом отношении выходного и опорного напряжений.
На стенде 12 V, 5.5 A от входа 24 V при 400 kHz исходная петля пересекала 0 dB на 34 kHz с фазовым запасом 41°. Конденсатор 2.2 pF сдвинул пересечение к 37.2 kHz и поднял фазовый запас до 65.1°. Рост полосы здесь умеренный, зато петля получает заметно более безопасную геометрию в области пересечения. Осциллограммы производителя также показывают более быстрое восстановление после скачка нагрузки, хотя численные значения выброса и времени восстановления в записке не приведены.
Пикофарады, измеренные на стенде
Во втором опыте эффект оказался драматичнее. Пятиевольтовый LT80605A работал от 24 V при 5.5 A, а его частота переключения составляла 2.1 MHz. Без CFF crossover находился на 57.5 kHz при фазовом запасе 47.5°. С 10 pF он достиг 188.3 kHz, фазовый запас вырос до 66.09°. Эти числа относятся к конкретной разводке, выходным конденсаторам, точке нагрузки и способу инжекции сигнала: переносить номинал 10 pF в чужую схему бессмысленно.
Записка ценна именно этим сдвигом инженерной привычки. Внутренне компенсированный регулятор не обязательно оставляет разработчику только выбор дросселя и выходной ёмкости. Его петлю можно аккуратно формировать внешним конденсатором, однако начинать следует с измеренной исходной диаграммы. В AN-2640 есть путаница со знаком gain margin: графики приводят отрицательные значения уровня усиления при фазовом пересечении, хотя таблица формулирует цель как GM больше 9 dB. Сравнивать эти числа с показаниями другого прибора без проверки его соглашений нельзя.