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降壓(Buck)電路是DCDC開(kāi)關(guān)變換器的一種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)方法較簡(jiǎn)單，但是還是有許多注意點(diǎn)。廢話不多說(shuō)，直接開(kāi)寫。
普通的buck變化器結(jié)構(gòu)如圖所示，VIN為DC輸入電壓，C1為輸入電容，Q1為MOSFET開(kāi)關(guān)，D1為buck結(jié)構(gòu)中必須的二極管，在同步降壓芯片中D1也是MOSFET，可以提高效率和降低成本。R1，C1不是必須的，RC吸收電路能提高EMI性能。L1為儲(chǔ)能電感，C3為輸出電容，R3，R4，U2，U1組成反饋環(huán)路，R3和R4設(shè)定輸出電壓。
輸出電壓
由于反饋電壓VFB等于誤差放大器參考電壓VREF，可以得到輸出電壓。
反饋環(huán)路
降壓變換器的控制到輸出的傳遞函數(shù)，式中VRAMP表示PWM產(chǎn)生器U1同相輸入端鋸齒波的峰峰值，R表示輸出電阻，通常等同于負(fù)載電阻。C為輸出電容。
降壓變換器反饋部分的傳遞函數(shù)，分為兩種，傳統(tǒng)的誤差放大器和跨導(dǎo)放大器?？鐚?dǎo)放大器反饋電阻之比決定增益和相位，相同的電阻比值具有相同的增益和相位。傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器，上電阻影響幅相曲線，若要改變電壓，最好保持上電阻不變，改變下電阻。
降壓變換器的閉環(huán)傳遞函數(shù)為，當(dāng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)為-1時(shí)，閉環(huán)傳遞函數(shù)將無(wú)窮大，即開(kāi)環(huán)穿絲函數(shù)幅伯德圖中，0db的相位不能為180°，否則系統(tǒng)不穩(wěn)定，會(huì)引起振蕩。為保證在系統(tǒng)受干擾時(shí)不會(huì)振蕩，要留有一定的相位裕度和幅值裕度。通常相位設(shè)置為45°，因?yàn)樵?5°相位裕度下，典型的階躍響應(yīng)只有兩個(gè)振鈴，可以兼顧穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。現(xiàn)在的降壓IC外部大部分沒(méi)有預(yù)留補(bǔ)償接口，誤差放大器會(huì)做內(nèi)部補(bǔ)償，由于補(bǔ)償?shù)膮?shù)不可知，所以反饋電阻盡量按照推薦參數(shù)選擇。在電源設(shè)計(jì)好后一定要測(cè)試電源對(duì)輸出動(dòng)態(tài)負(fù)載的響應(yīng)，觀察響應(yīng)速度和是否由振鈴產(chǎn)生。
輸入電容
輸入電容的目的是減小輸入紋波，輸入紋波需要控制在75mv(0.5%)以內(nèi)。式中Cmin表示最小輸入電容，單位為uF;Iout表示輸出電流;fsw表示開(kāi)關(guān)頻率，VP(max)表示輸入的最大峰峰值電壓。
輸入出電容
輸出電容器需要維持直流輸出電壓。推薦使用陶瓷、鉭或低ESR電解電容器。低ESR電容器能更好地保持低輸出電壓紋波。輸出電壓紋波可以根據(jù)以下公式來(lái)估算：
電感
電感是降壓電路的核心器件，關(guān)系到整個(gè)電源的運(yùn)行。式中IRIPPLE表示電感的紋波電流，是電感電流的峰峰值。一般取電感平均電流的30%-40%。降壓電路的平局電感電流等于輸出電流，L算出來(lái)的單位是uH。根據(jù)電感的峰值電流選擇合適的電感和磁芯，峰值電流必須小于電感的額定電流，以保證磁芯不飽和。根據(jù)電感的有效值電流計(jì)算電感損耗以及發(fā)熱是否在可控范圍內(nèi)。
以上就是DCDC開(kāi)關(guān)降壓電路的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，設(shè)計(jì)好后需要進(jìn)一步測(cè)試輸出紋波，輸入紋波，電感電流，溫度是否滿足設(shè)計(jì)值。PCB布局和布線也很關(guān)鍵，會(huì)影響EMI和電路性能。RC緩沖電路的設(shè)計(jì)以及EMI控制由于文章篇幅有限，這里不再贅述，有興趣的同學(xué)可以通過(guò)公眾號(hào)發(fā)消息給我，我發(fā)參考資料。
