電源設(shè)計之--BUCK電路

近段參考著要求把整個設(shè)計更加精煉的梳理一遍。

在設(shè)計電源之前，總是需要確認一些參數(shù)的，根據(jù)這些參數(shù)，我們大概能為后續(xù)設(shè)計評估性能，最為關(guān)鍵的一些參數(shù)需要注意的。

環(huán)境

模塊外部環(huán)境溫度范圍：Ta_o_min～Ta_o_max

模塊內(nèi)部環(huán)境溫度：Ta_min～Ta_max

關(guān)于輸出參數(shù)

輸出電壓參數(shù)

輸出電壓數(shù)值：Vo

輸出電壓誤差：V_Tol

輸出電壓紋波：Vo_rpp

輸出電流范圍：

最大負載電流Io_max

典型負載電流Io_nom

最小負載電流Io_min

關(guān)于輸入?yún)?shù)

輸入電壓范圍：

最大輸入電壓Vi_max

典型輸入電壓Vi_nom

最小輸入電壓Vi_min

輸入紋波電壓：Vi_rpp

開關(guān)電源內(nèi)部設(shè)計參數(shù)與性能

開關(guān)頻率Fsw

電源效率

典型輸入電壓，典型負載電流Eff_1

最小輸入電壓，最大負載電流Eff_2

典型輸入電壓，最大負載電流Eff_3

最大輸入電壓，最大負載電流Eff_4

其他參數(shù)：

輸出短路電流

輸出最大負載電流啟動時間

電路設(shè)計與計算過程

電路的設(shè)計過程如圖所示：

設(shè)計過程的第一部分分成三個小部分：

1.設(shè)計電路初步選值：通過對占空比和電感電流的定義，得出電感與電容的選值

2.根據(jù)以上的初步選值，得出電路的主要參數(shù)是否符合要求

3.確認電路是否會在兩種模式間切換（輸出負載電流范圍內(nèi)），并確認模式切換帶來的輸出電流的暫態(tài)變化值。

第二部分是驗證元器件與輸出輸入網(wǎng)絡(luò)，考慮加入SNUBBER電路

分成以下幾個部分：

1.MOS管功耗：

導通功耗計算：主要與輸出電流，電感變化電流，MOS管導通電阻有關(guān)

開關(guān)功耗計算：開關(guān)頻率，柵極開關(guān)電流，負載電流，輸入電流等

PS：這里可以采用兩種方法，1.測量方法并利用數(shù)據(jù)計算 2.利用公式計算

柵極功耗：與開關(guān)頻率，MOS本身的Qg有關(guān)

2.二極管的功耗

導通功耗：與負載電流，電感變化電流

反向功耗：與反向電壓與泄漏電流有關(guān)

反向恢復功耗：開關(guān)頻率，二極管本身特性

3.電容與濾波參數(shù)

主電容發(fā)熱：與ESR，電感變化電流相關(guān)

輸入濾波網(wǎng)絡(luò)：

計算電流變化引起輸入濾波環(huán)節(jié)暫態(tài)壓降變化

輸出濾波網(wǎng)絡(luò)：

計算最終紋波電壓

SNUBBER電路計算

粗略計算，按照實際效果進行調(diào)試。

偶準備把設(shè)計分成3～4個部分，第一部分把電氣參數(shù)與計算過程羅列出來，第二部分推導所有需要使用的公式，第三部分將所有可能設(shè)計的問題羅列，第四部分完 成設(shè)計實例，第五部分拾遺補漏，特別的是電流模式的例子以BUCK電路居多，偶將根據(jù)前人的經(jīng)驗，有選擇性的進行自己的推導。偶在電源設(shè)計上比較入門，以 入門級的眼光看問題，希望大家不要嘲笑偶。

偶是電源方面的菜鳥，繼續(xù)考慮與分析，希望能夠把這部分知識給牢固掌握，并涉及最主要的點，難免有不好錯誤和遺漏的地方，請各位電源高手不惜指教。

首先把設(shè)計需要的信息輸入到我們定義參數(shù)中，如下圖所示：

初步確認占空比和電感電流范圍：

這里需要交代的是，我們在設(shè)計BUCK電路過程中，在需要確保負載電流范圍需要保證負載不進入斷續(xù)模式，按照示意圖所示中，當進入斷續(xù)模式時，會產(chǎn)生Ring的情況。

繼續(xù)擴展，連續(xù)與斷續(xù)的分界線為：

采用電路的特征參量去分析，確實簡潔，但是并沒有體現(xiàn)出輸入電壓與輸出電流之間的關(guān)系

特征產(chǎn)量的三個參量為

1.PWM周期

2.電路的主電感量

3.電路輸出負載

以上反應(yīng)的關(guān)系實質(zhì)上是指輸出電流與占空比的關(guān)系，而輸出電壓一般是確定的，因此等同于輸入電壓與輸出電流之間的關(guān)系，以上的式子并沒有清晰的反應(yīng)出來，以下的推導可直觀的表示出來：

可發(fā)現(xiàn)，如果電感選擇過小，則會導致在設(shè)計電流范圍內(nèi)，電路進入了斷續(xù)模式，而且在正常的電流變化過程中，電路在兩種模式中不斷變化，存在臨界點，這是不能接受的，通過選擇電感后，可得到以下圖形：

因此我們在選擇電感和電容的初步選擇，需要滿足以下的關(guān)系：

電容的計算式子：

電容與電感量是有關(guān)系的，因此先選擇電感量是關(guān)鍵。

電感和電容都是按照標準值選取的，偶找到TDK和適當?shù)碾娙莺筚N上：電感和電容值都要參考標準值來選取，通過以上的選取后，需要對目前的電路參數(shù)進行驗證。