电源设计之buck变换（一）

Buck 电路又称为串联开关稳压电路，或降压斩波电路。分为普通buck电路和同步buck电路，两者电路上的区别如下图所示，一个使用续流二极管，一个使用MOS管。它有两种基本工作模式，即电感电流连续模式CCM（Continuous current mode）和电感电流断续模式DCM(Discontinuous current mode) 电感电流连续是指输出滤波电感电流总是大于零，电感电流断续是指在开关管关断期间有一段时间电感电流为零，这两种状态之间有一个临界状态，即在开关管关断末期电感电流刚好为零。电感电流连续时，Buck 变换器存在两种开关状态；电感电流断续时，Buck 变换器存在三种开关状态；方波信号加到功率半导体器件的控制极，功率半导体器件在控制信号激励下，周期性的开关。通过电感中的电流是否连续取决于开关频率、滤波电感和电容的数值。

上管导通时，电感电流线性增大，Vin同时给负载和电容C供电；上管不导通时，电感电流不能突变，产生右正左负的电动势，续流二极管导通（如果是同步buck，则是下管导通），电感继续给电容和负载供电。buck变换上管使用PMOS还是NMOS：
1、NMOS的导通电阻Rds小，PMOS的导通电阻大。

2、NMOS的驱动电路较复杂，往往需要浮地或者自举电路。

3、相同额定的PMOS比NMOS贵。

4、PMOS不能用于电流特别大的情况。

5、 NMOS适用于源极接地时的情况(低端驱动)， PMOS适用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

同步整流buck适用于低压大电流的情况，因为续流二极管（一般为肖特基）的正向压降为0.2~0.3v，而MOS的正向导通压降在0.1v，相差0.2V左右，如果是高压提升的效率不大，并且解决成本升高。对于低压情况（如3.3v）提升的效率可达到6%。同步整流buck需要注意一下几点：

1、上管和下管共态导通（MOS的结电容太大导致一管未完全关闭，另一管已经导通）导致Vin对地短路，容易烧坏MOS管和IC。

2、下管关断时，体内寄生二极管存在方向恢复问题。

3、当上管关闭，下管未完全导通时，此时有下管内部的寄生二极管（导通压降较大）续流，并且此时电感电流最大，因此MOS管的温度会上升，效率也会变低。在成本允许的情况下可以在下管旁边并联一个肖特基，用于在下管未完全导通时续流，可减少下管内部寄生二极管的发热。

BUCK 变换器设计步骤
1. 选择续流二极管D。续流二极管选用快恢复二极管，其额定工作电流和反向耐压必须满足电路要求，并留一定的余量。
2. 选择开关管工作频率。最好选用工作频率大于20KHz，以避开音频噪声。工作频率提高可以减小L 、C ，但开关损耗增大，因此效率减小。
3.开关管Q可选方案：MOSFET、IGBT、GTR。
4.占空比选择。为保证当输入电压发生波动时，输出电压能够稳定，占空比一般选0.7 左右。
5.确定临界电感，电感选取一般为临界电感的 10 倍。

6.确定电容。电容耐压必须超过额定电压；电容必须能够传送所需的电流有效值；

此篇文章只介绍概念以及大体的设计框架，关于电感量、电容、电流纹波以及输出电压纹波系数留到下一篇文章在介绍。

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