降壓(Buck)電路是DCDC開關變換器的一種拓撲結構，設計方法較簡單，但是還是有許多注意點。廢話不多說，直接開寫。
普通的buck變化器結構如圖所示，VIN為DC輸入電壓，C1為輸入電容，Q1為MOSFET開關，D1為buck結構中必須的二極管，在同步降壓芯片中D1也是MOSFET，可以提高效率和降低成本。R1，C1不是必須的，RC吸收電路能提高EMI性能。L1為儲能電感，C3為輸出電容，R3，R4，U2，U1組成反饋環路，R3和R4設定輸出電壓。
輸出電壓
由于反饋電壓VFB等于誤差放大器參考電壓VREF，可以得到輸出電壓。
反饋環路
降壓變換器的控制到輸出的傳遞函數，式中VRAMP表示PWM產生器U1同相輸入端鋸齒波的峰峰值，R表示輸出電阻，通常等同于負載電阻。C為輸出電容。
降壓變換器反饋部分的傳遞函數，分為兩種，傳統的誤差放大器和跨導放大器。跨導放大器反饋電阻之比決定增益和相位，相同的電阻比值具有相同的增益和相位。傳統的運算放大器，上電阻影響幅相曲線，若要改變電壓，最好保持上電阻不變，改變下電阻。
降壓變換器的閉環傳遞函數為，當開環傳遞函數G(s)H(s)為-1時，閉環傳遞函數將無窮大，即開環穿絲函數幅伯德圖中，0db的相位不能為180°，否則系統不穩定，會引起振蕩。為保證在系統受干擾時不會振蕩，要留有一定的相位裕度和幅值裕度。通常相位設置為45°，因為在45°相位裕度下，典型的階躍響應只有兩個振鈴，可以兼顧穩定性和響應速度。現在的降壓IC外部大部分沒有預留補償接口，誤差放大器會做內部補償，由于補償的參數不可知，所以反饋電阻盡量按照推薦參數選擇。在電源設計好后一定要測試電源對輸出動態負載的響應，觀察響應速度和是否由振鈴產生。
輸入電容
輸入電容的目的是減小輸入紋波，輸入紋波需要控制在75mv(0.5%)以內。式中Cmin表示最小輸入電容，單位為uF;Iout表示輸出電流;fsw表示開關頻率，VP(max)表示輸入的最大峰峰值電壓。
輸入出電容
輸出電容器需要維持直流輸出電壓。推薦使用陶瓷、鉭或低ESR電解電容器。低ESR電容器能更好地保持低輸出電壓紋波。輸出電壓紋波可以根據以下公式來估算：
電感
電感是降壓電路的核心器件，關系到整個電源的運行。式中IRIPPLE表示電感的紋波電流，是電感電流的峰峰值。一般取電感平均電流的30%-40%。降壓電路的平局電感電流等于輸出電流，L算出來的單位是uH。根據電感的峰值電流選擇合適的電感和磁芯，峰值電流必須小于電感的額定電流，以保證磁芯不飽和。根據電感的有效值電流計算電感損耗以及發熱是否在可控范圍內。
以上就是DCDC開關降壓電路的設計要點，設計好后需要進一步測試輸出紋波，輸入紋波，電感電流，溫度是否滿足設計值。PCB布局和布線也很關鍵，會影響EMI和電路性能。RC緩沖電路的設計以及EMI控制由于文章篇幅有限，這里不再贅述，有興趣的同學可以通過公眾號發消息給我，我發參考資料。 |
