電源設計之--BUCK電路

近段參考著要求把整個設計更加精煉的梳理一遍。

在設計電源之前，總是需要確認一些參數的，根據這些參數，我們大概能為后續設計評估性能，最為關鍵的一些參數需要注意的。

環境

模塊外部環境溫度范圍：Ta_o_min～Ta_o_max

模塊內部環境溫度：Ta_min～Ta_max

關于輸出參數

輸出電壓參數

輸出電壓數值：Vo

輸出電壓誤差：V_Tol

輸出電壓紋波：Vo_rpp

輸出電流范圍：

最大負載電流Io_max

典型負載電流Io_nom

最小負載電流Io_min

關于輸入參數

輸入電壓范圍：

最大輸入電壓Vi_max

典型輸入電壓Vi_nom

最小輸入電壓Vi_min

輸入紋波電壓：Vi_rpp

開關電源內部設計參數與性能

開關頻率Fsw

電源效率

典型輸入電壓，典型負載電流Eff_1

最小輸入電壓，最大負載電流Eff_2

典型輸入電壓，最大負載電流Eff_3

最大輸入電壓，最大負載電流Eff_4

其他參數：

輸出短路電流

輸出最大負載電流啟動時間

電路設計與計算過程

電路的設計過程如圖所示：

設計過程的第一部分分成三個小部分：

1.設計電路初步選值：通過對占空比和電感電流的定義，得出電感與電容的選值

2.根據以上的初步選值，得出電路的主要參數是否符合要求

3.確認電路是否會在兩種模式間切換（輸出負載電流范圍內），并確認模式切換帶來的輸出電流的暫態變化值。

第二部分是驗證元器件與輸出輸入網絡，考慮加入SNUBBER電路

分成以下幾個部分：

1.MOS管功耗：

導通功耗計算：主要與輸出電流，電感變化電流，MOS管導通電阻有關

開關功耗計算：開關頻率，柵極開關電流，負載電流，輸入電流等

PS：這里可以采用兩種方法，1.測量方法并利用數據計算 2.利用公式計算

柵極功耗：與開關頻率，MOS本身的Qg有關

2.二極管的功耗

導通功耗：與負載電流，電感變化電流

反向功耗：與反向電壓與泄漏電流有關

反向恢復功耗：開關頻率，二極管本身特性

3.電容與濾波參數

主電容發熱：與ESR，電感變化電流相關

輸入濾波網絡：

計算電流變化引起輸入濾波環節暫態壓降變化

輸出濾波網絡：

計算最終紋波電壓

SNUBBER電路計算

粗略計算，按照實際效果進行調試。

偶準備把設計分成3～4個部分，第一部分把電氣參數與計算過程羅列出來，第二部分推導所有需要使用的公式，第三部分將所有可能設計的問題羅列，第四部分完 成設計實例，第五部分拾遺補漏，特別的是電流模式的例子以BUCK電路居多，偶將根據前人的經驗，有選擇性的進行自己的推導。偶在電源設計上比較入門，以 入門級的眼光看問題，希望大家不要嘲笑偶。

偶是電源方面的菜鳥，繼續考慮與分析，希望能夠把這部分知識給牢固掌握，并涉及最主要的點，難免有不好錯誤和遺漏的地方，請各位電源高手不惜指教。

首先把設計需要的信息輸入到我們定義參數中，如下圖所示：

初步確認占空比和電感電流范圍：

這里需要交代的是，我們在設計BUCK電路過程中，在需要確保負載電流范圍需要保證負載不進入斷續模式，按照示意圖所示中，當進入斷續模式時，會產生Ring的情況。

繼續擴展，連續與斷續的分界線為：

采用電路的特征參量去分析，確實簡潔，但是并沒有體現出輸入電壓與輸出電流之間的關系

特征產量的三個參量為

1.PWM周期

2.電路的主電感量

3.電路輸出負載

以上反應的關系實質上是指輸出電流與占空比的關系，而輸出電壓一般是確定的，因此等同于輸入電壓與輸出電流之間的關系，以上的式子并沒有清晰的反應出來，以下的推導可直觀的表示出來：

可發現，如果電感選擇過小，則會導致在設計電流范圍內，電路進入了斷續模式，而且在正常的電流變化過程中，電路在兩種模式中不斷變化，存在臨界點，這是不能接受的，通過選擇電感后，可得到以下圖形：

因此我們在選擇電感和電容的初步選擇，需要滿足以下的關系：

電容的計算式子：

電容與電感量是有關系的，因此先選擇電感量是關鍵。

電感和電容都是按照標準值選取的，偶找到TDK和適當的電容后貼上：電感和電容值都要參考標準值來選取，通過以上的選取后，需要對目前的電路參數進行驗證。