BUCK电路关键元器件上的电压应力 BUCK电路的三个导通压降参数

前文 BUCK电路中有哪些电压参数？中我们分析了BUCK电路中的各类电压参数。本文，我们将分析两个问题：1. BUCK电路关键元器件上的电压应力；2. 实例说明工程计算中通常忽略BUCK电路的三个导通压降参数。

1. BUCK电路关键元器件有哪些？电压应力是多少？

如图所示，是非同步BUCK电路拓扑；可见，除去输入源、负载电阻和控制IC外，BUCK电路的功率级 Power Stage 由 5 个元件组成，即输入电容、高边开关管、续流二极管、功率电感和输出电容；A、B、C分别是输入节点、交换节点和输出节点。

输入电压 V_IN 和输出电压 V_OUT 都是直流电压分量和纹波电压分量的叠加，开关节点电压 V_SW 是斩波或方波形式的（因为高边开关管的反复开关）。其中，降压电路的输入电压通常是一个范围，有输入电压最小值 V_(IN,MIN) 和最大值 V_(IN,MAX) 。

由此可见，输入电容和高边开关管上的最大电压为输入电压最大值 V_(IN,MAX) ，续流二极管/低边开关管上的最大电压为开关节点电压 V_SW （在忽略 V_(DS(ON)-H) 的情况下，该电压最大值等于 V_(IN,MAX) ），输出电容上的最大电压等于输出电压 V_OUT ，这就是降压电路的电压应力，也是电路设计时各元件耐压值的选型依据。

总结来说，在BUCK电路各元器件电压应力的选型上，输入电容、高边开关管、续流二极管/低边开关管的耐压值应该大于等于电路设计参数中的V_(IN,MAX) ；输出电容耐压值通常大于电路设计参数中的V_(OUT)典型值的 1.25 倍，也就是多预留 25% 的裕量。

2. 工程计算中通常忽略的三个压降参数

由于导通压降 V_(DS(ON)-H) 、 V_(DS(ON)-L) 、 V_D 以及 V_DCR 相对 V_IN 和 V_OUT 很小，在实际工程计算中通常可以忽略不计，以简化计算过程；比如，以下几个实例，相对于输入输出为5.0V、3.3V和1.8V这些电压值来说，100-200mV的压降都是可以忽略不计的。

当然，如果想更加精确地计算电路中的各参数，是可以将这三个导通压降参数计算在内的。

（1）以N-channel MOSFET IRF7351PbF为例，其最大导通电阻为 R_(DS(on),max) = 17.8mΩ @ V_GS = 10V ， I_D=8.0A @ T_A = 25°C ，所以该管子的导通压降为 V_SW = 8.0A*17.8mΩ = 142.4mV 。

（2）以P-channel MOSFET IRF7328PbF为例，其最大导通电阻为 R_(DS(on),max) = 21mΩ @ V_GS = -10V ， I_D = -8.0A @ T_A = 25°C ，所以该管子的导通压降为 V_SW = 8.0A*21mΩ = 168mV 。

（3）以图 3.22所示TPS54561DPRT器件规格书设计实例中的续流二极管型号PDS760-13为例，其正向压降(Forward Voltage)最大值为0.56V，可以被忽略。需要说明的是，0.56V的压降理论上并没有达到可以忽略的条件，但是工程计算中通常忽略以简化计算过程。

图 3.22 TPS54561DPRT参考设计及续流二极管和电感的部分参数

（4）仍然以图 3.22所示中的功率电感型号Würth Elektronik 7447798720为例，其直流电阻最大值为 R_(DC,max) = 12.8mΩ @ 20°C ；假如以功率电感上的平均电流等于负载电流5.0A计算的话，功率电感的直流电阻导致的压降 V_DCR = 5.0A*12.8mΩ = 64mV ，在实际工程计算中是可以忽略的。