浅析Buck变换器中反馈电阻的作用

buck电路采样电阻
Buck电路是一种降压型的DC-DC转换器，常用于将高电压转换
为较低的电压。

在Buck电路中，采样电阻通常用于电流反馈回路中，用于监测电路中的电流。

采样电阻的主要作用是将电路中的电流转
换为电压信号，以便控制电路中的开关元件，如MOSFET。

采样电阻
的数值通常与电流传感器的灵敏度和电压输出的比例相关。

从电路工作原理的角度来看，采样电阻的数值会影响电路的稳
定性和性能。

如果采样电阻的数值选择不当，可能会导致电路中的
电流控制不准确，进而影响整个电路的工作效果。

因此，在选择采
样电阻时，需要考虑电路中的电流范围、传感器的特性以及控制电
路的要求，以确保采样电阻的选取是合适的。

此外，从电路设计的角度来看，采样电阻的参数还会影响到电
路的功率损耗和效率。

采样电阻的阻值越小，产生的电压信号就越小，这可能会增加电路中的噪声和误差。

因此，在设计Buck电路时，需要权衡采样电阻的阻值和功耗之间的关系，以达到最佳的性能和
效率。

总的来说，采样电阻在Buck电路中扮演着重要的角色，它不仅
影响着电路的稳定性和性能，还直接关系到电路的功耗和效率。

因此，在设计和选择采样电阻时，需要综合考虑电路的工作原理、性能要求以及功耗等因素，以确保电路能够正常稳定地工作并具有较高的效率。

深入浅出Buck变换器反馈电阻作用关键字：电源管理Buck变换器反馈电阻环路增益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：是芯片内部基准电压(本例中为0.6V)。

其中VREF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。

Buck变换器近远端反馈的仿真分析与应用高速超大规模集成电路中，负载具有工作电压较低、电流较大、各种工作状态相互转换时对应的电流变化率较高等特点[1]。

在实际电源中，常应用的降压型（Buck型）电压变换器，具有结构简单、转换效率高等优点。

当出现输入电压变化、负载扰动等情况时，会引起负载端的电压波动，严重的结果是电路功能异常。

为了维持负载两端电压的稳定，在供电模块中引入电压负反馈，通过反馈闭环控制占空比，实时调节电压变换器的输出电压[2]。

电压侦测的反馈位置靠近变换器输出端或负载端，对应近端和远端反馈两种模式。

由于存在传输路径阻抗，不同反馈模式负载端的实际电压和动态响应也会不同。

对于反馈模式的选择，此前采用经验的方法，依据电源转换方案和参数预估，选择Buck型变换器的反馈模式，这种方法没有综合考虑传输路径阻抗、芯片对供电电压容忍度等因素。

本文通过对传输路径阻抗和芯片电压容忍度等因素进行分析，结合不同反馈模式下系统静态和动态响应的仿真结果，评价近端和远端反馈的效果，作为指导电路反馈模式选择的方法。

1 Buck型变换器的近远端反馈设计1.1 Buck型变换器的原理Buck型变换器的基本原理如图1所示。

PWM信号分别控制两个MOS管的开关，当MOS开关管VT1导通、VT2关断时，输入电压U I经过电感L，向电容C充电，同时也给负载R L供电；当MOS开关管VT1关断、VT2导通时，输入电压U I和输出电路断开，VT2导通续流，电路依靠存储在电感L和电容C中的能量向负载R L供电[3]。

图1的电源监测采用电压负反馈模式，以达到稳定反馈位置电压的目的。

反馈点电压U O经过电阻网络R1、R2分压，反馈到控制器IC的F B端。

在控制器(IC)内部，误差放大器(EA)比较反馈电压和基准电压U REF，输出作用到PWM控制信号，调节VT1、VT2的导通时间，改变输出端电压，以补偿电压的波动，保证实际供电电压正常。

在低电压、大电流的情况下，这种措施的效果更加显著[4]。

buck电路的阻抗变换Buck电路是一种常见的降压转换器，广泛应用于电源管理系统中。

在设计和分析Buck电路时，了解阻抗变换对电路性能的影响是非常重要的。

本文将介绍Buck电路的阻抗变换以及如何应用这些变换来分析电路。

1. Buck电路简介Buck电路是一种DC-DC转换器，用于将高输入电压转换为较低的输出电压。

它由功率开关、电感和输出电容组成。

根据电感和开关的工作状态，Buck电路可以实现电流连续和不连续两种模式。

2. 阻抗变换原理阻抗变换是指通过改变电路元件的参数来改变电路的输入输出特性。

在Buck电路中，常用的阻抗变换方法有：2.1 变换电感值：通过改变电感的数值，可以调节电路的谐振频率和输出电压范围。

2.2 变换负载电阻：改变负载电阻的数值可以调节电路的输出电压和电流。

2.3 变换开关频率：通过改变开关频率，可以调节电路的效率和输出电压波动。

3. 阻抗变换在Buck电路中的应用3.1 变换电感值：当需要调节Buck电路的输出电压时，可以通过改变电感的数值来实现。

增大电感值可以降低输出电压，减小电感值则可以提高输出电压。

3.2 变换负载电阻：负载电阻对Buck电路的输出电压和电流有较大影响。

通过改变负载电阻的数值，可以调节输出电压和电流到所需的数值。

3.3 变换开关频率：开关频率决定了Buck电路的工作速度和效率。

较高的开关频率可以提高电路的响应速度和效率，但也可能增加开关损耗。

通过调节开关频率，可以在输出电压和效率之间找到合适的平衡点。

4. 阻抗变换的分析方法在分析Buck电路中的阻抗变换时，一种常用的方法是采用频域分析。

通过将电路转换为复数形式，可以用相量和极坐标的形式来表示电路元件的阻抗。

在频域中，可以通过计算阻抗间的复数运算来得到电路的传输函数和频率响应。

5. 案例研究：变换电感值对Buck电路的影响以一个常见的Buck电路为例，假设电感的数值从L1变为L2，其他参数保持不变。

通过频域分析，可以计算出电路的新传输函数和频率响应。

深入浅出Buck变换器反馈电阻作用关键字：电源管理Buck变换器反馈电阻环路增益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：是芯片内部基准电压(本例中为0.6V)。

其中VREF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。

5、电阻的应用一——开关电源反馈端
以LT8610开关电源芯片为例。

其中：对于开关电源反馈端FB处，电阻的选择，如果计算出来的电阻值不存在，则一般通过电阻串联来满足阻值的要求。

扩展：开关电源三种拓扑结构
Buck拓扑结构：降压
开关管导通时：电源通过电感到负载电阻，电感充电；
开关管断开时：电感放电，通过续流二极管导通，给负载电阻供电。

Boost拓扑结构：升压
开关管导通时：电源通过电感到负载，电感充电；
开关管断开时：电感上的电压加上电源电压，通过续流二极管，到负载电阻。

Buck-Boost拓扑结构：升压-降压
开关管导通时：电源通过导通管到电感，给电感充电，由电容给负载供电；
开关管断开时：电感由负载电阻，通过续流二极管导通，电感放电。

题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。

2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。

2) 输出电压小于输入电压。

2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。

干货三步法：计算BUCK变换器的反馈电阻BUCK变换器峰值电流模式的反馈补偿元件为Rc、Cc和Cp，在反馈设计时计算Rc，电源芯片IC的数据表中，经常看到下面的公式：其中，Co：输出电容fc：穿越频率，也就是系统的带宽Gm：电压误差放大器的跨导Gcs：功率级的检测电流跨导Vo：输出电压VFB：电压误差放大器的参考电压图1：峰值电流模式的原理图但是，电源芯片IC的数据表中，通常都没有给出这个公式的推导过程，经常有许多工程师问到这个公式是如何得到的，本文就用三个步骤详细的推导这个公式。

收藏：一图学会计算反馈电阻Rc图2：反馈电阻Rc计算总图1、设定穿越频率fc，在开环传递函数波特图上计算fc的增益A(fc)开环传递函数波特图，标示出了功率级的极点、零点和开环直流增益ADC，如图3所示。

功率级的极点、零点和开环直流增益ADC的推导过程，见文章最后。

图3：开环波特图设定系统的穿越频率fc，确定系统的带宽，先不考虑Cc和Cp的影响，如果设定系统的穿越频率fc，在开环波特图曲线中就可以计算其对应的增益A(fc)。

已知：功率级的极点频率为fp和增益ADC，穿越频率fc点的增益为：注意：fp到fc为-20dB的滚降，fp的频率低，增益大；fc的频率高，增益小，因此，二者频率比值，要反过来，为增益比值的倒数。

图4：系统的穿越频率2、设定反馈电阻Rc的直流增益Rc/Rz=1/A(fc)系统加上反馈补偿网络Rc、Cc和Cp，补偿后的波特图穿过C点，如图5的C点所示，也就是补偿后的波特图的C点频率为fc，增益为1。

为了实现这个目的，开环波特图的fc频率对应的B点以及整个曲线，都向下整体移动【20lgA(fc)】dB，B点就可以移动到C点的位置，就可以实现20KHz的穿越频率。

例如：图5中，fc=20KHz,频率对应的B点的增益为A(20KHz)，开环波特图上，其dB增益为：【20lgA(20KHz)】dB=20dBA(20KHz)=10。

题目： Buck变换器工作原理分析与总结目录一、关于Buck变换器的简单介绍 (2)1、Buck变换器另外三种叫法 (2)2、Buck变换器工作原理结构图 (2)二、Buck变换器工作原理分析 (3)1、Buck变换器工作过程分析 (3)2、Buck变换器反馈环路分析 (4)3、Buck变换器的两种工作模式 (4)1）Buck变换器的CCM工作模式 (5)2）Buck变换器的DCM工作模式 (6)3）Buck变换器CCM模式和DCM模式的临界条件 (7)4）两种模式的特点 (8)4、Buck变换器电感的选择 (8)5、Buck变换器输出电容的选择和纹波电压 (9)三、Buck变换器工作原理总结 (10)Buck 变换器工作原理分析与总结一、关于Buck 变换器的简单介绍1、Buck 变换器另外三种叫法1. 降压变换器：输出电压小于输入电压。

2. 串联开关稳压电源：单刀双掷开关（晶体管）串联于输入与输出之间。

3. 三端开关型降压稳压电源：1) 输入与输出的一根线是公用的。

2) 输出电压小于输入电压。

2、Buck 变换器工作原理结构图GabcWMV Gd图1. Buck 变换器的基本原理图由上图可知，Buck 变换器主要包括：开关元件M1，二极管D1，电感L1，电容C1和反馈环路。

而一般的反馈环路由四部分组成：采样网络，误差放大器（Error Amplifier ，E/A ），脉宽调制器（Pulse Width Modulation ，PWM ）和驱动电路。

二、Buck 变换器工作原理分析1、Buck 变换器工作过程分析图2. Buck 变换器的工作过程为了便于对Buck 变换器基本工作原理的分析，我们首先作以下几点合理的假设：1) 开关元件M1和二极管D1都是理想元件。

它们可以快速的导通和关断，且导通时压降为零，关断时漏电流为零；2) 电容和电感同样是理想元件。

电感工作在线性区而未饱和时，寄生电阻等于零。

关于BUCK线路的工作原理及线路调整说明A点一、工作原理其主电路结构为BUCK型开关电路，Q1为主功率开关管，工作在高频开关状态，当其导通时，电流通过整流桥、LED灯珠、变压器T1、Q1形成导通回路。

当Q1关闭时，变压器T1中贮存的能量通过二极管D1、LED 灯珠的回路来电流释放，这样就是此线路高频开关的一个周期。

从而在LED灯珠上会有连续的电流通过，致其发光照明。

整个电路开启时，三极管Q1的基极驱动电流初次由电阻R6提供，随后其基极驱动电流由T1-2通过R5和C2提供。

三极管Q1的关断由Q2、Q3来控制，低压放大三极管Q2、Q3组成了达林顿结构，当它导通时，会将三极管Q1的基极驱动电流释放掉，使其关闭。

因此控制Q1的导通时间是LED是否恒流的关键点。

R3、R4、RC和Q2、Q3组成了温度补偿线路，其原理如下：RC为一种NTC热敏电阻，当图中A点电压大于｛VBE(Q2)+ VBE(Q3)｝×(R4+RC+R3)/ (R4+RC)时，Q2、Q3组成的达林顿三极管导通，控制Q1关闭。

当环境温度升高时，根据三极管特性，BE结正向电压会降低，即VBE(Q2)+ VBE(Q3)会降低。

而热敏电阻RC阻值会减小，这样就起到了温度补偿反馈的作用。

使A点电压在不同温度时仍能保证在相同电压值时使Q1关断。

直接的结果就是不同的环境温度下，Q1仍能保持基本相同的导通时间。

减小了温度对LED电流的影响。

T1-2和R1在电路中是起到对电源电压反馈的作用，例如当电源电压升高时，Q1导通时，T1-2电压会升高，通过R1使A点电压提高。

从而能使三极管Q1适当提前关断，来减小LED电流受电源电压的影响。

电阻R0能够检测三极管Q1源极电流，把电流在R0上产生的电压值通过R2加到A点，来控制Q1关断。

电阻R7在电路中可起到使整体电路功率更稳定的作用，并可调整功率因数。

二极管D3是起到负载开路保护作用，当LED开路时，D3就处于反向截止状态，从而使R6没有启动电流流过，电路无法启动，起到开路保护的作用。