BUCK电路设计

电源设计之--BUCK电路

近段参考着要求把整个设计更加精炼的梳理一遍。

在设计电源之前，总是需要确认一些参数的，根据这些参数，我们大概能为后续设计评估性能，最为关键的一些参数需要注意的。

环境

模块外部环境温度范围：Ta_o_min～Ta_o_max

模块内部环境温度：Ta_min～Ta_max

关于输出参数

输出电压参数

输出电压数值：Vo

输出电压误差：V_Tol

输出电压纹波：Vo_rpp

输出电流范围：

最大负载电流Io_max

典型负载电流Io_nom

最小负载电流Io_min

关于输入参数

输入电压范围：

最大输入电压Vi_max

典型输入电压Vi_nom

最小输入电压Vi_min

输入纹波电压：Vi_rpp

开关电源内部设计参数与性能

开关频率Fsw

电源效率

典型输入电压，典型负载电流Eff_1

最小输入电压，最大负载电流Eff_2

典型输入电压，最大负载电流Eff_3

最大输入电压，最大负载电流Eff_4

其他参数：

输出短路电流

输出最大负载电流启动时间

电路设计与计算过程

电路的设计过程如图所示：

设计过程的第一部分分成三个小部分：

1.设计电路初步选值：通过对占空比和电感电流的定义，得出电感与电容的选值

2.根据以上的初步选值，得出电路的主要参数是否符合要求

3.确认电路是否会在两种模式间切换（输出负载电流范围内），并确认模式切换带来的输出电流的暂态变化值。

第二部分是验证元器件与输出输入网络，考虑加入SNUBBER电路

分成以下几个部分：

1.MOS管功耗：

导通功耗计算：主要与输出电流，电感变化电流，MOS管导通电阻有关

开关功耗计算：开关频率，栅极开关电流，负载电流，输入电流等

PS：这里可以采用两种方法，1.测量方法并利用数据计算 2.利用公式计算

栅极功耗：与开关频率，MOS本身的Qg有关

2.二极管的功耗

导通功耗：与负载电流，电感变化电流

反向功耗：与反向电压与泄漏电流有关

反向恢复功耗：开关频率，二极管本身特性

3.电容与滤波参数

主电容发热：与ESR，电感变化电流相关

输入滤波网络：

计算电流变化引起输入滤波环节暂态压降变化

输出滤波网络：

计算最终纹波电压

SNUBBER电路计算

粗略计算，按照实际效果进行调试。

偶准备把设计分成3～4个部分，第一部分把电气参数与计算过程罗列出来，第二部分推导所有需要使用的公式，第三部分将所有可能设计的问题罗列，第四部分完 成设计实例，第五部分拾遗补漏，特别的是电流模式的例子以BUCK电路居多，偶将根据前人的经验，有选择性的进行自己的推导。偶在电源设计上比较入门，以 入门级的眼光看问题，希望大家不要嘲笑偶。

偶是电源方面的菜鸟，继续考虑与分析，希望能够把这部分知识给牢固掌握，并涉及最主要的点，难免有不好错误和遗漏的地方，请各位电源高手不惜指教。

首先把设计需要的信息输入到我们定义参数中，如下图所示：

初步确认占空比和电感电流范围：

这里需要交代的是，我们在设计BUCK电路过程中，在需要确保负载电流范围需要保证负载不进入断续模式，按照示意图所示中，当进入断续模式时，会产生Ring的情况。

继续扩展，连续与断续的分界线为：

采用电路的特征参量去分析，确实简洁，但是并没有体现出输入电压与输出电流之间的关系

特征产量的三个参量为

1.PWM周期

2.电路的主电感量

3.电路输出负载

以上反应的关系实质上是指输出电流与占空比的关系，而输出电压一般是确定的，因此等同于输入电压与输出电流之间的关系，以上的式子并没有清晰的反应出来，以下的推导可直观的表示出来：

可发现，如果电感选择过小，则会导致在设计电流范围内，电路进入了断续模式，而且在正常的电流变化过程中，电路在两种模式中不断变化，存在临界点，这是不能接受的，通过选择电感后，可得到以下图形：

因此我们在选择电感和电容的初步选择，需要满足以下的关系：

电容的计算式子：

电容与电感量是有关系的，因此先选择电感量是关键。

电感和电容都是按照标准值选取的，偶找到TDK和适当的电容后贴上：电感和电容值都要参考标准值来选取，通过以上的选取后，需要对目前的电路参数进行验证。