**工作模型：BUCK電源是一個(gè)閉環(huán)的控制系統(tǒng)，有一個(gè)經(jīng)典的比喻：輸入電容像是高的蓄水池，輸出電容是低的蓄水池，電感就像是水杯。把一杯一杯的水從大水池搬運(yùn)到小水池實(shí)現(xiàn)了能量的傳遞。當(dāng)輸出電壓降低，就增加每次水杯中的量或者增加搬運(yùn)的頻率。

電源拓?fù)洌阂环N合適的電路結(jié)構(gòu)，在電路使能變換過(guò)程中按自然趨勢(shì)發(fā)展，在合適的條件下，就可以獲得穩(wěn)定的狀態(tài)，此后，系統(tǒng)就會(huì)保持于穩(wěn)定的狀態(tài)。

BUCK芯片內(nèi)部框圖

BUCK之同步與異步

同步與異步：在DCDC降壓電路中存在同步整流和異步整流兩種工作方式。區(qū)分同步和異步的方法就是看拓?fù)?a target="_blank">二極管的位置，如果是兩個(gè)開關(guān)管就是同步，兩個(gè)MOS稱為上管，下管。異步就只有一個(gè)開關(guān)管，另外一個(gè)使用二極管。可以這樣理解，同步就是控制上下兩個(gè)MOS控制要同步，上開下閉，上閉下開，避免兩個(gè)MOS同時(shí)導(dǎo)通。而外置二極管的異步卻不存在這個(gè)問(wèn)題。

如下為同步整流：

如下為異步整流：

BUCK電源還有一個(gè)電容需要單獨(dú)說(shuō)明下，就是自舉電容：

**自舉電容作用** ：由于上端MOSFET需要的柵極電壓大于輸入電壓，因此需要在SW和BS之間連接一個(gè)升壓電容器來(lái)驅(qū)動(dòng)高端柵極。當(dāng)SW為低電平時(shí)，升壓電容器從內(nèi)部電源軌充電。

如上圖所示當(dāng)上管關(guān)閉，下管導(dǎo)通時(shí) ，自舉電容開始充電，電感開始放電.充放電回路如圖標(biāo)識(shí)。這里我們忽略二極管的導(dǎo)通壓降，就認(rèn)為SW點(diǎn)的點(diǎn)位約等于0電平。那么，自舉電容充電完成后的電壓約等于Vreg5。

如上圖當(dāng)電感儲(chǔ)存的能量泄放完，需要驅(qū)動(dòng)上管導(dǎo)通時(shí)，而上管的S極是接在SW上，下管也關(guān)斷，這樣就沒了回路，我們可以認(rèn)為上管是懸浮在半空中。只是單純的讓G極輸出高電平，并不能讓上管導(dǎo)通。自舉電容并聯(lián)在驅(qū)動(dòng)電路兩端。正是Cboot，將原本懸浮的驅(qū)動(dòng)電路的兩個(gè)電源端V+/V-之間建立了電位差。這個(gè)電位差剛好是Vreg5(大于Vth)。故上管能夠?qū)ā?/p>

如上圖當(dāng)上管導(dǎo)通后，A點(diǎn)電位突變?yōu)閂IN，即V-電位變成VIN（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Vreg5）。如果V+依舊保持Vreg5的電位，那上管就要被迫關(guān)閉。正是由于Cboot的存在，Cboot電容兩端電壓差不能突變，B點(diǎn)電位變VIN+Vreg5。這樣對(duì)Cboot而言，電壓差依然是VCC。對(duì)MOS 驅(qū)動(dòng)而言，以A點(diǎn)電位為參考，輸出高電平時(shí)，Vgs依然是VCC，大于Vth，可以讓上管持續(xù)導(dǎo)通。

問(wèn)題：是不是所有的BUCK芯片都需要自舉電容？

接下來(lái)我們來(lái)看看電感：

buck降壓電路中，電感起降壓、儲(chǔ)能作用。

電感伏秒法則（CCM）：

電感電流：

Ipk為負(fù)載紋波電流的最大峰值電流，以此值作為電感的最低額定電流值使用，可以有效預(yù)防電感飽和，為保險(xiǎn)起見實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在此基礎(chǔ)上放置1.5倍余量.

電流紋波率r：電流紋波率表示電感電流的交流分量與直流分量的幾何比例。電流紋波率將電感的直流分量和交流分量用數(shù)學(xué)建立了關(guān)系。

在Buck變換器中，如果電流紋波率r、最大輸入電壓Vmax、最大負(fù)載電流Imax三個(gè)參數(shù)確定，其他的參數(shù)均能確定。在工程中，r取值范圍是0~2，當(dāng)r為0時(shí)，紋波電流為0，這種情況屬于理想值，電感需要無(wú)窮大。當(dāng)r為2時(shí)，Iac=Idc，此時(shí)變換器工作于BCM模式。因此，r僅適用于電感電流連續(xù)模式。且在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般取r=0.2~0.5。

由電感方程V=L*dI/dt可知電壓與電流的斜率有關(guān)，與電流的實(shí)際值無(wú)關(guān)。因此，對(duì)給定的Von與Voff，可能由多個(gè)電流波形，每個(gè)對(duì)應(yīng)波形段有相同的dI/dt。每種可能情況，代表一種工作模式如下圖所示：

DCM:開關(guān)關(guān)斷期間，電感電流下降，當(dāng)電感電流下降到0時(shí)，下一周期開關(guān)導(dǎo)通，電感電流就開始增加。這種工作模式稱為不連續(xù)導(dǎo)通模式。即每周期內(nèi)電感中的電流均有為0的階段。

CCM:開關(guān)關(guān)斷期間，電感電流下降，當(dāng)電感電流下降到某一非0值時(shí)，下一周期開關(guān)導(dǎo)通，電感電流就開始增加。這種工作模式稱為連續(xù)導(dǎo)通模式。即每周期內(nèi)電感中的電流均大于0。

BCM:在Buck轉(zhuǎn)換器中，開關(guān)關(guān)斷期間，電感電流下降，當(dāng)電感電流剛好下降為0，下一周期開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電感電流從0開始增加。這種工作模式稱為臨界導(dǎo)通模式。

前面我們講解了buck的工作原理，那么我們?cè)跁r(shí)間應(yīng)用中，如何做好BUCK電源的設(shè)計(jì)呢？我們以一個(gè)12V輸入，輸出3.3V/3A舉例說(shuō)明，下圖是采用TI-TPS54329實(shí)現(xiàn)12V轉(zhuǎn)3.3V/3A電路外圍原理圖：

從TPS54329規(guī)格書中我們可以知道：輸入范圍為4.5-18V，輸出3A開關(guān)頻率650Khz.我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)其他參數(shù)呢？

我們一般設(shè)計(jì)buck電路時(shí)，需要設(shè)計(jì)的到計(jì)算的，主要有兩個(gè)部分1.分壓電阻，2，電感感值。當(dāng)然這些參數(shù)規(guī)格書都會(huì)給出參考的值。

當(dāng)然，如果大家熟悉BUCK芯片的工作原理，熟悉電感的推導(dǎo)過(guò)程，其實(shí)我們只要知道電源的輸入，輸出，負(fù)載，開關(guān)頻率等參數(shù)，我們自己也可以推導(dǎo)出電感的值，有興趣的同學(xué)可以自己推導(dǎo)試試，這方面的資料很多，我就不在這里贅述了。

設(shè)計(jì)好BUCK電源的外圍電路之后，layout又該注意些什么呢？我想有以下幾點(diǎn)需要考慮（可能不完整，歡迎大家補(bǔ)充）

1. 輸入電源和地盡量的寬，降低線路阻抗。
2. 將輸入電容器和續(xù)流二極管，電感置于與IC端子相同的PCB表面層上，并盡可能靠近IC。輸出電容靠近電感放。
3. 檢測(cè)輸出電壓的部分必須在輸出電容器之后或在輸出電容器的兩端連接。
4. VFB節(jié)點(diǎn)的跡線應(yīng)盡可能小，以避免噪聲耦合。保證反饋環(huán)路盡量小。
5. 將導(dǎo)線遠(yuǎn)離電感和二極管的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。不要直接在電感和Q二極管下方接線，也不要與電源線并聯(lián)。

做好前期設(shè)計(jì)之后，我們又該如何測(cè)試這個(gè)電路呢，有哪些參數(shù)需要我們?nèi)y(cè)試呢？分享一個(gè)測(cè)試用例給大家？