Buck电路的原理及器件选型指南
2023年07月13日 15:11 发布者：攻城狮华哥
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：
[*]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。