電源設計之buck變換（一）

Buck 電路又稱爲串聯開關穩壓電路，或降壓斬波電路。分爲普通buck電路和同步buck電路，兩者電路上的區別如下圖所示，一個使用續流二極管，一個使用MOS管。它有兩種基本工作模式，即電感電流連續模式CCM（Continuous current mode）和電感電流斷續模式DCM(Discontinuous current mode) 電感電流連續是指輸出濾波電感電流總是大於零，電感電流斷續是指在開關管關斷期間有一段時間電感電流爲零，這兩種狀態之間有一個臨界狀態，即在開關管關斷末期電感電流剛好爲零。電感電流連續時，Buck 變換器存在兩種開關狀態；電感電流斷續時，Buck 變換器存在三種開關狀態；方波信號加到功率半導體器件的控制極，功率半導體器件在控制信號激勵下，週期性的開關。通過電感中的電流 是否連續取決於開關頻率、濾波電感和電容的數值。

  上管導通時，電感電流線性增大，Vin同時給負載和電容C供電；上管不導通時，電感電流不能突變，產生右正左負的電動勢，續流二極管導通（如果是同步buck，則是下管導通），電感繼續給電容和負載供電。buck變換上管使用PMOS還是NMOS：
1、NMOS的導通電阻Rds小，PMOS的導通電阻大。

2、NMOS的驅動電路較複雜，往往需要浮地或者自舉電路。

3、相同額定的PMOS比NMOS貴。

4、PMOS不能用於電流特別大的情況。

5、 NMOS適用於源極接地時的情況(低端驅動)， PMOS適用於源極接VCC時的情況(高端驅動)。

同步整流buck適用於低壓大電流的情況，因爲續流二極管（一般爲肖特基）的正向壓降爲0.2~0.3v，而MOS的正向導通壓降在0.1v，相差0.2V左右，如果是高壓提升的效率不大，並且解決成本升高。對於低壓情況（如3.3v）提升的效率可達到6%。同步整流buck需要注意一下幾點：

1、上管和下管共態導通（MOS的結電容太大導致一管未完全關閉，另一管已經導通）導致Vin對地短路，容易燒壞MOS管和IC。

2、下管關斷時，體內寄生二極管存在方向恢復問題。

3、當上管關閉，下管未完全導通時，此時有下管內部的寄生二極管（導通壓降較大）續流，並且此時電感電流最大，因此MOS管的溫度會上升，效率也會變低。在成本允許的情況下可以在下管旁邊並聯一個肖特基，用於在下管未完全導通時續流，可減少下管內部寄生二極管的發熱。

BUCK 變換器設計步驟
 1. 選擇續流二極管D。續流二極管選用快恢復二極管，其額定工作電流和反向耐壓必須滿足電路要求，並留一定的餘量。
 2. 選擇開關管工作頻率。最好選用工作頻率大於20KHz，以避開音頻噪聲。工作頻率提高可以減小L 、C ，但開關損耗增大，因此效率減小。
 3.開關管Q可選方案：MOSFET、IGBT、GTR。
 4.佔空比選擇。爲保證當輸入電壓發生波動時，輸出電壓能夠穩定，佔空比一般選0.7 左右。
 5.確定臨界電感，電感選取一般爲臨界電感的 10 倍。

 6.確定電容。電容耐壓必須超過額定電壓；電容必須能夠傳送所需的電流有效值；

此篇文章只介紹概念以及大體的設計框架，關於電感量、電容、電流紋波以及輸出電壓紋波係數留到下一篇文章在介紹。