DC-DC电路设计,Buck电路

BuckConverter电路的工作原理电路的结构优缺点及应用电路的工作原理先看一下buck电路原理图：当开关导通时，电流回路如下：由图中可以看到，当开关导通时，输入电压给电感充电，电感上的电流呈线性上升，电感上的电压为：（Vin-Vout)*Ton当开关断开时，电流回路如下：电感上的电压为：(Vin-Vout)*Ton=Vout*Toff因此，Vout=Vin*D;[D=Ton/(Ton+Toff)]很显然，输出电压降低了。我们知道，电感中的电流不能突变，所以此时，电感放电，二极管导通，并且二极管两端的电压为-导通电压（取参考方向是上正下负），这样我们就可以得到二极管两端电压和电感上电流的时间关系如下：电路的拓扑结构DCDC降压电路中关键的器件有二极管、电感、输入输出电容。其中二极管要选择快速反应且压降小的肖特基势垒二极管。电感和输出电容要根据负载电流和输出纹波要求而定。具体的选择随后会讲到。二极管的选择一般，在给的二极管的Datasheet里都会有这些参数的数值，可以根据参数来决定对二极管的选择，如下图为一肖特基二极管的Data:下面我们需要知道为什么要选择肖特基势垒二极管，即它的优点：1.SBD具有开关频率高和正向压降低。2.不存在电荷存贮效应。3.具有良好的高频特性。4.开关时间短。电感的选择需要说明的是在上页中提到的公式中：fs-开关频率。对于一个给定的电感，提高fs可以减小纹波电流和电压，但会增加MOS管的开关损耗。∆I-纹波电流值，一般取纹波电流值为最大输出电流的10%-50%，在我测试的芯片CAT7810给出的Imax=2A,所以我公式中的∆I取0.2-0.5A。Iout=Vout/R当由第一个式子计算出电感值以后，我们需要计算其峰值电流Ipeak（由第二个式子确定），此时我们再观察选定电感是否能够承受这个电流，要是选取的电感所能允许的最大电流小于计算出来的峰值电流，我们就需要重新选择，重新计算，最后找出合适的电感。电容的选择其中的ESR是指电容的等效电阻对于电容的选择，我们要分输入电容的选择和输出电容的选择：1.输入电容的选择：输入电容需要能够维持当MOS场效应管导通时所产生的纹波电流，所以低的等效电阻就可以减小损耗，我们可以由上页中给出的公式计算出输入电流的均方根值，进而可以计算出输入电容的损耗：其中，PCIN-输入电容的功率损耗；ESRCIN-输入电容的等效电阻；我们一般都会选择点解电容或者是陶瓷电容。2CINCININPESRIRMS2.输出电容的选择：输出电容是有滤波和补偿负载电流的作用ESRMAXOUTVESRI∆VESR-电压变动允许范围的差值；∆IOUT-暂态电流（一般取输出电流的10%，最小）；ESRCAP-电容的最大等效电阻（由电容的Datasheet给出）；ESRMAX-计算出来的允许最大等效电阻。我们可以由第二个式子确定所需给定电容的数目，如果给定电容的等效电阻大于计算出来的允许最大等效电阻，我们就需要多个电容并联来减小电阻值，当然电容数目就可以由公式计算得到。NumberofCapacitors=CAPMAXESRESRBuck电路存在的优缺点对于buck电路的有缺点我们需要和另一种电路LDO(Lowdropoutregulater)低压差线性稳压器进行比较，LDO是低压降的意思，优点是：成本低，噪音低，静态电流小。但其缺点是：效率不高。这样我们就可以得到buck电路的优点是：效率高、可以输出大电流、静态电流小。缺点是：输出脉动和开关噪音较大、成本相对较高。上图是一个芯片的典型应用图，我们可以看出其中由10MQ100N肖特基二级管、L1、C2、R1、R2构成了buck电路，Vout是要反馈到feedback端来与比较电压进行比较来进行PWM调制的。因此，buck电路主要是在Switch中应用。Buck电路的应用上页图中分别给出了buck的同步电路和非同步电路（由上到下），同步电路实际是由单刀双掷开关控制的，开关导通时间相对二极管要短，这样就使得输出电压比较稳定，纹波效果也会比较好。