Калькулятор делителя обратной связи (регулируемый DC-DC)

Делитель ОС (DC-DC)

Что такое делитель обратной связи и зачем его считают

Регулируемые импульсные преобразователи (LM2596-ADJ, MP1584, XL4015) и линейные стабилизаторы с регулируемым выходом держат на выводе обратной связи FB одно и то же опорное напряжение Vref, заложенное в кристалл. Микросхема сама подстраивает выход так, чтобы на FB всё время было ровно Vref. Между выходом и землёй ставят резистивный делитель напряжения из двух резисторов: верхний R1 идёт от Vout к узлу FB, нижний R2 — от FB к земле. Стабилизатор «видит» через делитель только часть выхода, и подгоняет Vout до тех пор, пока эта часть не сравняется с Vref. Меняя соотношение R1/R2, вы задаёте любое выходное напряжение выше опорного — именно этим калькулятор и занимается: по нужному Vout и известным Vref, R2 находит верхний резистор R1.

Задача возникает всякий раз, когда стандартных фиксированных версий (3,3 / 5 / 12 В) не хватает, а нужен, скажем, выход на 9 или 15 В, либо когда под рукой только ADJ-вариант микросхемы. Тот же принцип работает и в модулях на DC-DC buck/boost, и в опорных источниках на TL431. Особенно часто им пользуются, перепаивая заводской делитель на готовом китайском модуле (LM2596, XL4015): производитель ставит подстроечник, но фиксированный резистор на расчётный номинал даёт стабильнее и точнее — подстроечник со временем дрейфует и боится вибрации.

Формула и как из неё берётся R1

Vout = Vref · (1 + R1/R2)    R1 = R2 · (Vout / Vref − 1)

Первая форма — прямая: напряжение на FB равно Vout·R2/(R1+R2), и стабилизатор выравнивает его с Vref, откуда следует Vout = Vref·(1 + R1/R2). Вторая форма — та, что нужна на практике: вы фиксируете R2 (обычно круглым и небольшим номиналом), задаёте желаемый Vout, и получаете расчётный R1. Из формулы видно два важных следствия. Во-первых, выход не может быть ниже Vref — при Vout = Vref верхний резистор обращается в ноль, а меньше опорного делитель отдать не в состоянии (калькулятор такой ввод отклоняет и подсказывает, что выход должен быть не ниже опоры). Во-вторых, результат зависит только от отношения R1/R2, а не от абсолютных величин: пара 3 кОм / 1 кОм и пара 30 кОм / 10 кОм дают ровно одинаковый выход. Абсолютные номиналы выбирают из других соображений — тока делителя и помехоустойчивости, о которых ниже.

Обратите внимание: чтобы задать выше выход, верхний резистор R1 нужно увеличивать, а не уменьшать. Это частая ошибка при ручной подстройке модуля — крутят подстроечник не в ту сторону и получают проседание вместо роста. По формуле связь однозначна: чем больше доля R1 в делителе, тем меньшую часть выхода видит вывод FB, и тем выше микросхеме приходится поднимать Vout, чтобы вернуть на FB опорные Vref.

Как выбрать R2, ток делителя и точность

R2 обычно берут в диапазоне 1–10 кОм. Слишком малый R2 гонит через делитель лишний ток (он течёт всегда, пока преобразователь включён, и напрямую ухудшает КПД на холостом ходу), слишком большой — повышает чувствительность узла FB к наводкам и к входному току самого вывода обратной связи, из-за чего выход начинает «плавать». Ток делителя равен Vout/(R1+R2): при 5 В и сумме 4 кОм это около 1,25 мА — разумный компромисс. Точность выхода определяется двумя вещами: разбросом Vref (в даташите он дан с допуском, часто ±1…2 %) и тем, насколько точно вы попадёте в расчётный R1 реальным резистором. Расчётное R1 почти никогда не совпадает с номиналом из ряда E24/E96, поэтому калькулятор сразу подбирает ближайший стандартный номинал и показывает фактический выход, который вы получите именно с ним. Если промах по напряжению великоват, берут более плотный ряд E96, точный резистор из двух в паре или чуть меняют R2.

Отдельно стоит помнить про суммирование допусков. Итоговая погрешность выхода складывается из разброса опоры Vref, допусков обоих резисторов и температурного дрейфа их сопротивления. Для стабильного результата оба резистора делителя берут одного типа и одной точности (например, 1 % металлоплёночные с близким ТКС) — тогда их дрейф частично компенсируется, ведь на выход влияет отношение, а не абсолютные значения. Дешёвые резисторы с разными ТКС в паре, наоборот, дают гуляющий выход при нагреве платы. Полезная деталь схемотехники: параллельно верхнему R1 иногда ставят небольшой feed-forward конденсатор (десятки-сотни пФ) — он ускоряет отклик петли обратной связи на скачки нагрузки, но на постоянное значение Vout, которое считает этот калькулятор, никак не влияет.

Опорные напряжения популярных микросхем

Значение Vref всегда берут из даташита конкретной микросхемы — по нему и считается делитель. Ниже — типовые опоры и расчётный верхний резистор R1 для выхода 5 В при R2 = 1 кОм (до округления в ряд E24):

Хорошо видно, что чем ниже Vref, тем больше выходит R1 при том же R2 — низкоопорные микросхемы вроде MP1584 тратят на делителе меньше тока при равных номиналах.

Где применяют — и где не годится

Расчёт нужен при настройке любого регулируемого модуля питания: понижающих и повышающих DC-DC-преобразователей, зарядных плат, лабораторных блоков. Аналогичный делитель задаёт выход у LM317 и линейных стабилизаторов (там опора 1,25 В приложена не к земле, а к выводу ADJ, но формула та же) и у обратной связи на TL431 в изолированных источниках. Метод не подходит там, где вместо резистивной обратной связи стоит стабилитрон или готовая фиксированная версия микросхемы: для стабилитрона напряжение задаётся самим прибором, а у fixed-версий вывод FB уже подключён внутри. Не годится он и для получения напряжения ниже Vref — для этого нужен другой топологический приём, а не делитель.

Пример

Значения по умолчанию: Vref = 1,23 В (LM2596-ADJ), нужный выход Vout = 5 В, нижний резистор R2 = 1 кОм. Считаем верхний: R1 = 1000 · (5 / 1,23 − 1) = 1000 · 3,065 = 3,065 кОм. Ближайший номинал из ряда E24 — 3 кОм. Подставляем его обратно и находим напряжение, которое реально получится: Vact = 1,23 · (1 + 3000 / 1000) = 1,23 · 4 = 4,92 В. Промах около 0,08 В (1,6 %) — типичный результат для E24; при необходимости точнее его убирают номиналом из E96 или подстройкой R2.

См. также: делитель напряжения · DC-DC buck/boost · LM317 · TL431 · ряды E12/E24/E96 · все калькуляторы

Как задать выходное напряжение DC-DC модуля?

Выход определяется делителем обратной связи: Vout = Vref·(1 + R1/R2), где Vref — опорное напряжение микросхемы. Нужный R1 = R2·(Vout/Vref − 1). Меняя верхний резистор R1, устанавливают выходное напряжение.

Какое Vref у популярных микросхем?

LM2596-ADJ ≈ 1,23 В, XL4015 ≈ 1,25 В, MP1584 ≈ 0,8 В, LM317 = 1,25 В. Точное значение берут из даташита — от него зависит расчёт делителя.