Перейти к содержанию

Конденсатор ускорения (Cff)

В типовой схеме стабилизатора параллельно верхнему резистору делителя часто стоит конденсатор на десятки пикофарад. Он не обязателен, но с ним преобразователь с внутренней коррекцией быстрее отрабатывает скачок нагрузки и меньше звенит.

Обновлено Редакция GAW

Конденсатор ускорения (feedforward capacitor, Cff) — конденсатор параллельно верхнему резистору R1 делителя обратной связи импульсного стабилизатора. На постоянном токе он ни на что не влияет: выходное напряжение по-прежнему задают R1 и R2. На высоких частотах он вносит в петлю обратной связи ноль и полюс (TI SLVA289C, разд. 2):

fz=12πR1Cff,fp=12πCff(1R1+1R2)f_z = \frac{1}{2\pi R_1 C_{ff}}, \qquad f_p = \frac{1}{2\pi C_{ff}}\left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\right)

Между нулём и полюсом растут усиление и фаза петли, поэтому частота среза сдвигается вверх, а запас по фазе на ней может даже увеличиться. Отношение fp/fz равно (R1 + R2)/R2, то есть подъём тем заметнее, чем выше выходное напряжение относительно опорного.

Зачем он стабилизатору с внутренней коррекцией

У микросхем с внутренней коррекцией цепь коррекции спрятана внутри, и снаружи остаются только дроссель, выходной конденсатор и делитель. Cff — единственный удобный способ подправить петлю. TI показывает это на повышающем TPS61081 (SLVA289C, разд. 2.2–2.5): без Cff частота среза 16 кГц и запас по фазе 28°, выброс при скачке нагрузки 900 мВ и восстановление 30 мкс. С Cff = 82 пФ полоса выросла до 48 кГц, запас по фазе до 55°, выброс уменьшился до 377 мВ, а восстановление — до 14 мкс. Так улучшается отклик на скачок нагрузки.

Как выбрать

По частоте среза. Измеряют частоту среза без конденсатора — анализатором цепей или по числу колебаний на переходном процессе — и ставят среднее геометрическое fz и fp на эту частоту (SLVA289C, разд. 2.4):

Cff=12πfnocff1R1(1R1+1R2)C_{ff} = \frac{1}{2\pi f_{nocff}}\sqrt{\frac{1}{R_1}\left(\frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2}\right)}

Для 16 кГц, R1 = 442 кОм и R2 = 49,9 кОм получается 70,7 пФ, ближайший больший стандартный номинал — 82 пФ.

По даташиту. У LMR33630 начальная оценка CFF = VOUT·COUT / (120·RFBT) · √(VREF/VOUT), а при RFBT = 1 МОм конденсатор обязателен: большое сопротивление вместе с ёмкостью вывода FB создаёт лишний полюс (SNVSAN3F, разд. 9.2.2.3 и 9.2.2.9). В TPS6213x конденсатор 25 пФ уже стоит внутри между VOS и FB, и делитель сам задаёт положение нуля и полюса (SLVSAG7F, разд. 9.2.2.4).

Больше — не значит лучше: большой Cff смещает ноль и полюс вниз, частота среза уходит туда, где подъём фазы уже кончился, и запас падает. Маленький впрыскивает ноль и полюс слишком высоко и почти не помогает (SLVA289C, разд. 2.5–2.7). Если коррекция внешняя, ту же задачу решает цепь R3–C3 параллельно R1 (обозначения TI SLVA301) компенсатора типа III.

Частые вопросы

Зачем конденсатор параллельно верхнему резистору делителя?

На высоких частотах он шунтирует верхний резистор, и делитель передаёт на вход усилителя ошибки больше переменной составляющей выхода. В петле появляются ноль и полюс: между ними поднимается и усиление, и фаза. Частота среза петли растёт, и преобразователь быстрее отрабатывает скачок нагрузки. В примере TI SLVA289 конденсатор 82 пФ сократил выброс с 900 до 377 мВ, а время восстановления — с 30 до 14 мкс.

Как рассчитать Cff?

По методике TI SLVA289 сначала измеряют частоту среза петли без конденсатора, затем выбирают Cff так, чтобы ноль и полюс легли по обе стороны от неё: Cff = 1/(2π·f) · √((1/R1)·(1/R1 + 1/R2)). Для LMR33630 в даташите есть оценка по ёмкости выхода: CFF = VOUT·COUT/(120·RFBT)·√(VREF/VOUT). Обе формулы дают начальную точку, итог проверяют по переходному процессу.

Можно ли поставить Cff побольше для надёжности?

Нет: слишком большой конденсатор смещает ноль и полюс вниз, частота среза уходит вверх, а подъём фазы на ней уже меньше — запас по фазе падает, появляется звон, вплоть до неустойчивости. Слишком маленький почти ничего не меняет. Если в даташите указан диапазон Cff или запрет на него, следуйте даташиту.

Источники

  1. Texas Instruments. Optimizing Transient Response of Internally Compensated dc-dc Converters With Feedforward Capacitor (SLVA289C, revised September 2026) — разд. 2, ур. 1–2: ноль fz = 1/(2π·R1·Cff), полюс fp = (1/(2π·Cff))·(1/R1 + 1/R2), усиление на постоянном токе задают R1 и R2, подъём фазы наибольший между нулём и полюсом; разд. 2.4, ур. 3–6: Cff выбирают так, чтобы среднее геометрическое fz и fp совпало с частотой среза без Cff; пример TPS61081: f_nocff = 16 кГц, R1 = 442 кОм, R2 = 49,9 кОм, Cff = 70,66 пФ, округлено до 82 пФ; разд. 2.5: отклик 14 мкс против 30 мкс, выброс 377 мВ против 900 мВ, полоса выросла с 16 до 48 кГц, запас по фазе с 28° до 55°; слишком большой Cff уводит частоту среза вверх и снижает запас по фазе, слишком маленький почти ничего не даёт
  2. Texas Instruments. LMR33630 SIMPLE SWITCHER 3.8-V to 36-V, 3-A Synchronous Step-down Voltage Converter (SNVSAN3F, revised November 2020) — разд. 9.2.2.3: рекомендуемый RFBT 100 кОм, наибольший 1 МОм, при 1 МОм конденсатор параллельно ему обязателен; разд. 9.2.2.9, ур. 9: CFF = (VOUT · COUT) / (120 · RFBT) · √(VREF/VOUT), результат — начальная точка; большой RFBT вместе с паразитной ёмкостью вывода FB создаёт полюс, мешающий устойчивости; Cff улучшает отклик на скачок нагрузки и запас по фазе
  3. Texas Instruments. TPS6213x 3-V to 17-V, 3-A Step-Down Converter in 3-mm × 3-mm QFN Package (SLVSAG7F, revised November 2021) — разд. 9.2.2.4, ур. 13–14: внутри микросхемы конденсатор 25 пФ между VOS и FB, ноль 1/(2π·R1·25 пФ) и полюс (1/(2π·25 пФ))·(1/R1 + 1/R2) с резисторами делителя; можно добавить внешний конденсатор

Нашли ошибку?

Смотрите также