本帖最后由 kk的回忆 于 2023-1-14 12:20 编辑
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@21小跑堂
作为电工，开关电源的使用是必不可少。开关电源的种类很多，拓扑也很多，大部分刚开始工作或者学习的电工，初次接触的就是直流的Buck结构，尤其是集成内部MOS的芯片，基本对着Datasheet就可以做出板子，上电也能工作，一般设计指标也会不错：比如纹波小，瞬态负载响应度也不错，输出电压过冲也很小。最后发现板子做出来了，但又好像什么也没做的感觉。会感觉电源的设计也不过如此，但是网络关于Buck的资料可谓汗牛充栋的，知网上相关的论文也是长篇累牍的，电源的设计还是很复杂的，只是芯片设计厂商把复杂的工作都做完了，简单的工作留给应用的工程师。 本文也只是简单的讨论下，做一个开关Buck电路的设计，如何能理解的深入一点。在参考芯片的Datasheet的前提下，还能有更多的收获。电路设计就不涉及小信号分析，环路分析之类的讨论。在做Buck的设计时候，一般会利用仿真软件进行简单的模型仿真，明白Buck的基本工作过程。下图是输入10V，10K的PWM方波，占空比50%，非同步整流模式，不涉及反馈控制，输出5V的仿真模型。
随后利用现有的仿真模型，可以直观的观察流过各个器件的电压电流波形，而不用担心炸板子。下图是利用LTC1475进行仿真，输出3.3V电压，带载0.3A。从仿真波形可以清晰看出，芯片工作在CCM(电流连续模式)，电感电流在SW的高电平期间上升，在SW低电平期间下降。
在轻载的过程，电感电流会工作在DCM（电流断续模式），此时SW出波形会震荡，这个是正常的状况，是电感电流下降到零后，电感L，输出电容C，负载R进行谐振产生的。只要工作在DCM模式，SW的震荡波形就会产生；
从上述的芯片的仿真来看，需要应用工程师选择的关键参数就是电感，这种确定电压输出的芯片，反馈电阻也不需要设计，都集成到芯片内部了。所以这种Buck电路只要按着芯片的Datasheet参考设计基本就不会错。按照产品的需求，按照输入电压范围，负载电流大小，PCB尺寸限制，选择到合适的芯片就可以，基本就完成一个小Buck电源的开发。在进行layout之前，还可以向供应商申请Demo板，提前进行测试任务。 尽管按照芯片的Datasheet参考设计可以做出电路，但实际产品中，有一些自己的指标，比如纹波是1%*Vout，EMC效果好。这个时候就需要对电感和输出电容有一个好的选择，电感可能要选择屏蔽电感，输出电容如果使用的是电解电容，就要低ESR，比如选择固态铝电解电容。这些在Datasheet就不会提及，毕竟Datasheet只是实现功能，不会配合实际的产品指标设计； 之前提到的关键器件设计，就是输入滤波电容，电感，输出电解电容。这些选择在大厂的Datasheet都有很详细的计算公式，刚开始学习电源的时候，从阅读Datasheet和应用手册开始是一个不错的选择，比如TI的芯片TPS54340，产品定义了输入输出电压，开关频率等参数，就可以按照对应公式计算电感感值和输出电容的选择，网络大部分的中文资料，介绍Buck电路的参数设计，可能还没有TI的手册说的清楚和完整；
对于不理解这些公式的用户，TI还把这些设计做成了Excel，可以参考附件的TOOL工具，用户只需要填入对应参数，直接就出结果，有一种“傻瓜式”设计的感觉。但是利用TI的资料，设计的产品的可靠性有了保证；学习是一个循序渐进的过程，可以先“傻瓜式”设计，掌握概念，然后慢慢深入理解，进行不同的拓扑学习；
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楼主
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以LTC1475为依托，详细介绍了开关电路的设计原理，讲解细致，资料引用合理。
楼主对BUCK电源的了解非常到位，分享的也是有理有据。