Buck控制器芯片的选型及选型电路设计要求！

通电时电压会迅速升高，断电时电压会迅速下降。 如果开关速度足够快，能否将负载控制在所需的电压值内？

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假设12V降压到5V，意味着MOS管开关需要42%的时间导通，58%的时间关断。

当MOS管导通42%的时间时，电感被磁化并储存能量，同时电容被充电，为负载提供电源。

当MOS管关断58%的时间时，由于电感上的电流不能突变，电路通过电感电流和电容向负载供电，从而将负载端的电压维持在5V。

Buck电路的器件选择

Buck电路主要由以下几部分组成：

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控制器芯片选型

根据实际应用场景，控制器首先要满足开关电源电路的技术参数，其次满足电路的工作环境要求，最后在成本控制范围内选择合适的电源方案。

模拟控制器或数字控制器：数字控制器外围电路简单，在线调试更容易，可根据应用灵活配置。

单相或多相：根据输出电流选择相数。 如果相数不够，就不能满足当前的需求，如果相数过多，成本就会增加。 如果输出电流在30A以下，选择单相控制器； 如果超过30A，则增加到2相，以此类推。 一般情况下，每相电流保持在15A~30A范围内比较合理（取决于功率器件的能力）。

输入输出电压范围：根据实际使用场景，选择合适输入输出电压的控制芯片，保证输入电压在控制容忍范围内，输出电压大小和精度满足电路设计要求。

通讯协议：对于数字控制器来说，需要考虑控制器芯片支持哪些通讯协议，以满足主控芯片对通讯接口的分配。

功率MOS管的选用

Vds耐压：保证DS两端电压差小于MOS管实际工作时的Vds耐压，避免MOS管击穿。 考虑到电路实际工作时MOS管DS两端波形会振铃，因此Vds耐压一般选择比输入电压高10V以上。 例如输入20V，则选择Vds耐压为30V的MOS。

Id电流：保证输出峰值电流不超过Id，可以通过MOS管的SOA曲线来判断。 MOS规范中所示的Id电流是根据Rdson和最大功率Pd计算的，没有考虑开关损耗。 因此，不能直接与MOS的Irms进行比较。 需要计算MOS的整体损耗来确定选型。

Rdson和Qg：这两个参数影响MOS管的损耗。 原则是上管选择Qg较低的MOS管，下管选择Rdson较小的MOS管。 如果Buck电路PWM的占空比较大（>50%），则上管的导通损耗不能忽略，Qg和Rdson参数都需要较小。 另外，可以通过降低MOS管的开关频率或并联MOS管来降低开关损耗。

功率电感的选择

电感值：电感器的电感值可以用以下公式计算，其中r为电流纹波率，一般在0.3~0.5左右：

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电感值会影响输出功率纹波和动态响应，实际应用中需要根据实际测试结果进行调整。

电流：电感的电流分为饱和电流Isat和温升电流Irms。 实际工作时，电感上的电流波形如下：

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选择电感时，首先要保证饱和电流Isat大于电感电流峰值Ipeak，避免电感饱和，电感值下降造成MOS和电感损坏。

温升电流取决于电感器的工作温度和损耗。 选择时尽量使温升电流大于电感电流的有效值，如下式所示：

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DCR（直流电阻）：如果电源电路采用电感DCR进行电流检测，为了保证检测结果的一致性，电感的DCR精度应在±5%以内。

滤波电容的选择

耐压值：一般电容器的耐压需要降额至90%左右才能使用。 为了获得更高的可靠性，在某些特定场景下需要降额至50%。

电容值：电容器的电容值影响滤波和稳压的效果。 理论上来说，电容值越大，效果越好。

事实上，电容器的频率-阻抗特性曲线并不是线性的，不同电容器的特性曲线也不同。 如下图所示，分别是330uF、22uF、0.1uF的特性曲线。

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在低频段，330uF的阻抗明显低于22uF和0.1uF。 中频段22uF的阻抗较低，高频段0.1uF的阻抗较低。 因此，需要针对不同频段的电源噪声选择不同电容值的电容器组合滤波。

在Buck电路的输入输出端，一般选用大电容固态电解电容和小电容MLCC的组合，以实现整个频率范围内的低阻抗。

最大纹波电流：电容纹波电流的有效值大于实际输入电容纹波电流。 输入电容纹波电流的有效值可按下式计算：

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ESR（等效串联电阻）：电容器的ESR主要影响电源纹波，也与电容器纹波电流的有效值有关。 一般来说，电容的ESR越小，纹波电流的有效值就越大，如下图所示：

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