|
降压(Buck)电路是DCDC开关变换器的一种拓扑结构，设计方法较简单，但是还是有许多注意点。废话不多说，直接开写。
普通的buck变化器结构如图所示，VIN为DC输入电压，C1为输入电容，Q1为MOSFET开关，D1为buck结构中必须的二极管，在同步降压芯片中D1也是MOSFET，可以提高效率和降低成本。R1，C1不是必须的，RC吸收电路能提高EMI性能。L1为储能电感，C3为输出电容，R3，R4，U2，U1组成反馈环路，R3和R4设定输出电压。
输出电压
由于反馈电压VFB等于误差放大器参考电压VREF，可以得到输出电压。
反馈环路
降压变换器的控制到输出的传递函数，式中VRAMP表示PWM产生器U1同相输入端锯齿波的峰峰值，R表示输出电阻，通常等同于负载电阻。C为输出电容。
降压变换器反馈部分的传递函数，分为两种，传统的误差放大器和跨导放大器。跨导放大器反馈电阻之比决定增益和相位，相同的电阻比值具有相同的增益和相位。传统的运算放大器，上电阻影响幅相曲线，若要改变电压，最好保持上电阻不变，改变下电阻。
降压变换器的闭环传递函数为，当开环传递函数G(s)H(s)为-1时，闭环传递函数将无穷大，即开环穿丝函数幅伯德图中，0db的相位不能为180°，否则系统不稳定，会引起振荡。为保证在系统受干扰时不会振荡，要留有一定的相位裕度和幅值裕度。通常相位设置为45°，因为在45°相位裕度下，典型的阶跃响应只有两个振铃，可以兼顾稳定性和响应速度。现在的降压IC外部大部分没有预留补偿接口，误差放大器会做内部补偿，由于补偿的参数不可知，所以反馈电阻尽量按照推荐参数选择。在电源设计好后一定要测试电源对输出动态负载的响应，观察响应速度和是否由振铃产生。
输入电容
输入电容的目的是减小输入纹波，输入纹波需要控制在75mv(0.5%)以内。式中Cmin表示最小输入电容，单位为uF;Iout表示输出电流;fsw表示开关频率，VP(max)表示输入的最大峰峰值电压。
输入出电容
输出电容器需要维持直流输出电压。推荐使用陶瓷、钽或低ESR电解电容器。低ESR电容器能更好地保持低输出电压纹波。输出电压纹波可以根据以下公式来估算：
电感
电感是降压电路的核心器件，关系到整个电源的运行。式中IRIPPLE表示电感的纹波电流，是电感电流的峰峰值。一般取电感平均电流的30%-40%。降压电路的平局电感电流等于输出电流，L算出来的单位是uH。根据电感的峰值电流选择合适的电感和磁芯，峰值电流必须小于电感的额定电流，以保证磁芯不饱和。根据电感的有效值电流计算电感损耗以及发热是否在可控范围内。
以上就是DCDC开关降压电路的设计要点，设计好后需要进一步测试输出纹波，输入纹波，电感电流，温度是否满足设计值。PCB布局和布线也很关键，会影响EMI和电路性能。RC缓冲电路的设计以及EMI控制由于文章篇幅有限，这里不再赘述，有兴趣的同学可以通过公众号发消息给我，我发参考资料。
|
