Buck 电路的原理及器件选型指南
Buck 电路工作原理
电源闭合时电压会快速增加，当断开时电压会快速减小，如果开关速度足够快的话，是不是就能把负载，控制在想要的电压值以内呢?
假设 12V 降压到 5V，也就意味着，MOS 管开关需要 42%时间导通，58%时间断开。
当 42%时间 MOS 管导通时，电感被充磁储能，同时对电容进行充电，给负载提供电量。
当 58%时间 MOS 管断开时，由于电感上的电流不能突变，电路通过电感的电流及电容为负载供电，从而将负载端的电压维持在 5V。
Buck 电路的器件选型
Buck 电路主要由以下部分组成：
控制器芯片
功率 MOS 管
功率电感
输入/输出滤波电容
控制器芯片的选型
根据实际应用场景，控制器首先要满足开关电源电路的各项技术参数，其次要满足电路的工作环境要求，最后要在成本控制范围内选择适合的电源方案。
模拟控制器还是数字控制器：数字控制器外围电路简单，在线调试更容易，并可以根据应用灵活配置。
单相还是多相：根据输出电流大小来选择相数。相数不够则无法满足电流需求，相数过多则成本增加。输出电流 30A 以下，选择单相控制器即可;超过 30A 则增加至 2 相，以此类推，一般保持每相电流在 15A~30A(取决于功率器件的能力)这个范围是比较合理的。
输入与输出电压范围：根据实际使用场景，选择输入与输出电压合适的控制器芯片，保证输入电压在控制可承受范围内，保证输出电压大小与精度符合电路设计要求。
通信协议：对于数字控制器而言，要考虑控制器芯片支持哪些通信协议，满足主控芯片对于通信接口的分配。
功率 MOS 管的选型
Vds 耐压：保证实际 MOS 管工作时 DS 两端压差小于 Vds 耐压，避免 MOS 管被击穿。考虑到电路实际工作时 MOS 管 DS 两端的波形会有振铃，Vds 耐压一般选择比输入电压高 10V 以上，例如输入 20V，选择 Vds 耐压为 30V 的 MOS。
Id 电流：保证输出峰值电流不超过 Id，可通过 MOS 管的 SOA 曲线来判断。MOS 规格书标明的 Id 电流是基于 Rdson 和最大功率 Pd 计算得来的，没有考虑开关损耗，因此不能直接跟 MOS 的 Irms 进行比较，需要计算 MOS 整体的损耗来确定选型。
Rdson 和 Qg：这两个参数影响 MOS 管的损耗，原则是上管选择 Qg 更低的 MOS 管，下管选择 Rdson 小的 MOS。如果 Buck 电路 PWM 的占空比较大(>50%)，上管的导通损耗也不容忽视，需要 Qg 和 Rdson 两个参数都小。另外还可以通过降低 MOS 管的开关频率或者将 MOS 管并联来降低开关损耗。
功率电感的选型
感值：电感的感值可使用以下公式计算得出，其中 r 是电流纹波率，一般选择 0.3~0.5 左右：
电感值会影响输出电源纹波和动态响应，实际应用时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，实际工作时电感上电流波形如下：
选择电感时首先要保证饱和电流 Isat 大于电感电流峰值 Ipeak，从而避免电感饱和，感值下降造成 MOS 和电感损坏。
温升电流是从电感的工作温度和损耗的角度出发，选型时尽量让温升电流大于电感电流的有效值，如下面公式所示：
DCR(直流电阻)：如果电源电路使用电感 DCR 做电流检测时，为了保证检测结果的一致性，电感的 DCR 精度尽量选择±5%以内。
滤波电容的选型
耐压值：一般电容的耐压需要降额到 90%左右使用，为了更高的可靠性，在一些特定场景要求降额到 50%。
容值：电容的容值影响滤波和稳压的效果，理论上容值越大，效果越好。
实际上电容的频率-阻抗特性曲线并非线性，不同电容的特性曲线也不一样。如下图所示，分别为 330uF，22uF，0.1uF 的特性曲线。
在低频段 330uF 的阻抗要明显低于 22uF 和 0.1uF，在中间频段则是 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，选择不同容值的电容组合滤波。
在 Buck 电路的输入和输出端，一般选择大容值的固态电解电容跟小容值的 MLCC 组合，以实现全频段都有较低的阻抗。
最大纹波电流：电容纹波电流有效值要大于实际输入电容的纹波电流。输入电容纹波电流有效值可以按照如下公式计算：
ESR(等效串联电阻)：电容的 ESR 主要影响电源纹波，同时也跟电容的纹波电流有效值相关。一般情况下，电容的 ESR 越小，纹波电流有效值越大，如下图所示：
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