buck
關注創建者：電子設計聯盟 創建時間：2022-09-08
buck的實例教程
以高效及良好的熱性能著稱的buck穩壓器，通常不被視為降低電磁干擾候選項。幸運的是，您有多種選擇來降低此類穩壓器產生的EMI。幸運的是，仍然有多種措施用以減少這類穩壓器所帶來的電磁干擾。圖1為buck穩壓器的示意圖。
圖1. Buck穩壓器示意圖
電路板布局注意事項
當設計必須符合EMI要求時，除了選擇適當的無源元件值以確保功能設計之外，電路板布局應該是進行設計時需要考慮的首要因素。有兩個buck穩壓器電路板布局通用規則可將電磁干擾降至最低：
使輸入電容器和自舉電容器盡可能地靠近集成電路的VIN和GND引腳，以最大限度地減少高瞬態電流 (di/dt) 環路面積；
通過最小化開關節點的面積來最小化高瞬態電壓 (dv/dt) 節點的表面積。
集成輸入電容器
在EMI要求限制之下進行開關穩壓器的設計時，減小高瞬態電流環路的面積非常重要。在buck穩壓器中，需要從EMI的角度考慮輸入電壓對地環路。buck穩壓器通過開啟和關閉與電源的開關器件將較高的直流電壓降為較低的電壓，從而在高壓側產生MOSFET電流，如圖 2 所示。
圖2. Buck穩壓器作用下的輸入電流變化
MOSFET快速開啟和關閉，產生由輸入電容器提供的非常尖銳且幾乎不連續的電流。諸如TI的3-A LMQ66430-Q1和6-A LMQ61460-Q1 36V buck穩壓器，在封裝內集成高頻輸入電容器，從而實現了輸入電流環路面積的最小化。減小輸入電流回路面積會導致輸入端的寄生電感更小，從而減少電磁能量的輸出。
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當今的消費電子產品越來越趨向于小型化、集成化，功能也越來越多，對于續航的要求自然越來越嚴格，BUCK電源以其高效率的優點是其必然的選擇。
在設計BUCK電路時，如何選擇電感是一個值得深入思考的問題。雖然IC商會有電感選型推薦，但在滿足性能需求的基礎上選擇最合適的電感，是一個硬件工程師的基本素養，否則硬件工程師就會變成抄圖工程師。
下面介紹如何選擇DCDC BUCK降壓電源的功率電感。
后臺回復：BUCK仿真文件 可以得到仿真源文件
在選擇電感之前，我們首先要知道BUCK電路的基本原理，以及電感的基本參數，一定要先看完之前的文章再回過頭來看這篇文章：
《DCDC BUCK降壓電路詳細原理》
了解完BUCK基本原理以及電感的4大參數，我們就可以回過頭來分析電感選型的過程了。
選型的分析是根據下面的公式，公式的推導過程非常簡單，
a是電流紋波系數，或者紋波率。
上面的公式稍微變形就可以得到下面的公式
舉個“栗子”：
假定BUCK的輸入是10V輸出是5V，負載是2A的電流需求，開關頻率在2Khz，那么求電感值及其Isat參數。
電感值
負載電路是2A，紋波系數a按30%來看則，I=2*0.3=0.6A
電感值通常要留一定余量比如20%-30%，我們暫取20%，則電感選取2.4mH，實際比較接近的電感值為4.7mH。
為了理解電感值對電流紋波的影響，我們分別對比下2.2mH和4.7mH時電流紋波的大小,見下圖。
展開 一、Buck電路原理圖
Buck電路，又稱降壓電路，其基本特征是DC-DC轉換電路，輸出電壓低于輸入電壓。輸入電流為脈動的，輸出電流為連續的。
二、Buck電路工作原理
1、基本工作原理分析
當開關管Q1驅動為高電平時，開關管導通，儲能電感L1被充磁，流經電感的電流線性增加，同時給電容C1充電，給負載R1提供能量。等效電路如圖二
當開關管Q1驅動為低電平時，開關管關斷，儲能電感L1通過續流二極管放電，電感電流線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容C1放電以及減小的電感電流維持，等效電路如圖三
三、Buck電路的三種工作模式：CCM，BCM，DCM
1、CCM (ContinuousConduction Mode),連續導通模式：在一個開關周期內，電感電流從不會到0。或者說電感從不“復位”，意味著在開關周期內電感磁通從不回到0，功率管閉合時，線圈中還有電流流過。
2、DCM，(Discontinuous Conduction Mode)非連續導通模式：在開關周期內，電感電流總會會到0，意味著電感被適當地“復位”，即功率開關閉合時，電感電流為零。
3、BCM（Boundary Conduction Mode），邊界或邊界線導通模式：控制器監控電感電流，一旦檢測到電流等于0，功率開關立即閉合。控制器總是等電感電流“復位”來激活開關。如果電感值電流高，而截至斜坡相當平，則開關周期延長，因此，BCM變化器是可變頻率系統。BCM變換器可以稱為臨界導通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。
展開 分析BUCK電路中最神秘且重要的靈魂器件---電感
如圖七示，俗話說：理解了電感的工作原理就理解了80%的BUCK電路，可見電感在BUCK電路中是多么重要，自感電動勢的大小與電流變化率是成正比的，di/dt為單位時間內電流的變化率，電流從無到有與從有到無的瞬間變化率都是非常大的，在電路正常情況下電感的自感電動勢感應出的電壓是不會超過Vbus電壓的，而且最大感應電流也是與實際電流方向相反的一個電流，用來阻止電流的變化。
（▲圖七）
（▲圖八）
當開關為ON時，開關閉合瞬間電感上的電流從零到有，會產生一個極大的di/dt，而這個極大的di/dt會在電源兩端感應出一個接近Vbus的感應電壓進而產生感應電流感應電流方向與輸出電流方向相反，用來阻礙電流增大，隨著時間推移，電感上的電流在緩慢的上升，電感電流的變化率di/dt在逐步減小，而電感兩端的感應電動勢也在逐步降低，且有電阻與電感分壓可知隨著電感電流的增大，電阻兩端電壓逐漸接近電源電壓，電感兩端壓降逐漸降低直到為零電感進入飽和狀態。
電感上電流上升下降波形示意圖如圖九示，當R=0Ω時來看一這個電路的等效電路如圖八示，當開關閉合后，在電感上會感應出一個上正下負的感應電動勢，忽略開關上的壓降，感應電壓等于Vbus一直不變，由電感電壓公式U=L*di/dt，di/dt是一個固定的數值，也就是說電流上升斜率不變，電感的電流以相同的斜率遞增，用來維持感應電壓等于外部輸入電壓Vbus.
（▲圖九）
也可以從公式角度進行分析：
di/dt::是電流斜率，Vin=Vbus電壓，輸入電壓不會改變，電感L的值也不會改變，所以當R=0時，電感電流斜率不變，那電感兩端電流的公式為：di/dt=VL/L ,VL:感應電壓，L:電感量。
展開 Buck架構：
當開關閉合的時候：
當開關斷開的時候：
根據伏秒平衡定理可得：
（Vin-Vout）*DT=Vout(1-D)T===>Vin/Vout=D<1
在實際DCDC應用中：
當Q1閉合的時候，在圖1-a中，紅線示出了當開關元件Q1導通時轉換器中的主電流流動。CBYPASS是高頻的去耦電容器，CIN是電容器大電容。在開關元件Q1導通的情況下，電流波形的大部分陡峭部分由CBYPASS提供，然后由CIN提供。
在圖1-b中，紅線示出了當開關元件Q1斷開時的電流流動的狀態。續流二極管D1導通，存儲在電感器L中的能量釋放到輸出側。對于降壓轉換器拓撲，由于電感插入輸出串聯輸出電容電流平穩。
在圖1-c中，每當開關元件Q1從OFF變為ON時，該紅線中的電流劇烈變化，反之亦然。這些急劇的變化引起幾個諧波波形。這種系統差異需要在PCB期間得到最大的注意
PCB布局需要注意一下幾點：
1.將輸入電容器和續流二極管置于與IC端子相同的PCB表面層上，并盡可能靠近IC。
2.如果需要，包括熱通孔，以改善散熱。
3.將電感靠近IC，不需要像輸入電容那么近。這是為了最小化來自開關的輻射噪聲節點和不擴大銅面積超過需要。
4.將輸出電容靠近電感。
5.保持返回路徑的布線遠離噪聲引起的區域，例如電感器和二極管。
對于buck電路來說：
首先先講輸入濾波電容及旁路電容：建議采用10UF+0.1uF,當輸出負載為Io小于1A的時候，可以選擇一個較小的電容放在CIN端，關于Cbypass的布線強烈建議縮短布線甚至1mm，但是即使Cbypass距離IC很近，但是在降壓轉換的時候也會產生幾百MHZ的高頻被加載在CIN的地上，因此CIN和CO的接地彼此必須分開至少1cm到2cm。
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buck的最新內容
該芯片通過升壓轉換、恒流控制實現穩定驅動，支持升壓恒流（Boost）與降壓恒流（Buck）兩種主要驅動方式，其中升壓恒流適用于電池供電等低電壓輸入場景，降壓恒流適用于電網供電等高電壓輸入場景。
電池管理單元
? Single power supply voltage: 1.71V ~ 3.6V
? 3.4mA peak current in RX
? 4.2mA peak current in TX (0dBm)
? 1.2uA in sleep mode (with 16K RAM retention, 32KHz RC)
? Integrated DCDC BUCK
而且平臺提供了汽車電子相關的工程模板，涵蓋移相全橋拓撲、LLC諧振拓撲、雙向有源全橋拓撲、三相逆變(整流)拓撲、LC串聯諧振拓撲、單相逆變(整流)拓撲、Buck/Boost拓撲、Vienna整流拓撲等。開發者可以基于這些模板，快速配置核心參數，完成 PPEC 工程開發，大大提高了開發效率，讓汽車電子產品能夠更快地推向市場。
同時，預置電源控制核心固件配合 PPEC Workbench 平臺，涵蓋移相全橋拓撲、LLC諧振拓撲、雙向有源全橋拓撲、三相逆變(整流)拓撲、LC串聯諧振拓撲、單相逆變(整流)拓撲、Buck/Boost拓撲、Vienna整流拓撲等，讓工程師能通過拖拽式操作快速配置基站電源的電壓調節、負載均衡等功能，適應不同網絡環境下的用電需求，保障通信信號的穩定傳輸，提升通信網絡的服務質量。
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該芯片預設豐富PPEC工程模板，涵蓋移相全橋拓撲、LLC諧振拓撲、雙向有源全橋拓撲、三相逆變(整流)拓撲、LC串聯諧振拓撲、單相逆變(整流)拓撲、Buck/Boost拓撲、Vienna整流拓撲等。
Expand All(Tree)
Collapse All (Tree)
Collapse Environments(Tree)
Refresh Display(Beta)(Tree) Resource Prediction
Static Structural(Load Result File)
Transient Structural (Load Result File) Eigenvalue Bucking
對比需要焊接電路板的傳統 DIY，Nano 的 PPEC 控制器 + 圖形化軟件組合，讓零基礎的學生也能半小時內跑通第一個 Buck 電路。森木磊石推出的 DIY 套件更是點睛之筆，把原本晦澀的電力電子原理，變成了可觸摸、可調試的實物項目。
EGBox Nano的出現也讓我我經歷了從 "進口設備依賴癥" 到 "國產技術自信" 的轉變。
上周模電課上，老師剛講完 Buck 變換器原理，我就在座位上用 Nano 搭了個模型，實時波形直接投影到黑板上，比傳統板書直觀十倍。
從基礎到進階的全流程覆蓋
內置的實驗庫簡直是課程救星：從整流橋搭建到永磁同步電機調速，甚至連多電平變換器這種前沿內容都有案例。上周做三相逆變器實驗時，發現居然能外接示波器對比仿真波形，精度完全不輸實驗室設備。
</p><p>針對<strong>雙向DC-DC高壓側與BUCK-BOOST線</strong>路，推薦使用<strong>瑞森半導體超結MOS系列</strong>：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202402/7e5e03e2b45edb9a9e348daf3b56d8a4.jpg"></p><p><img src="https
