- BUCK降压电路
概要：本文介绍了BUCK降压变换器的基本原理、内部结构及关键设计参数，包括工作频率、纹波控制、软启动设置、相位匹配、输入输出电容选择、温度影响、并联均流问题及PCB设计注意事项。
1. BUCK变换器简介
Buck变换器，也称降压式变换器，是一种输出电压小于输入电压的单管不隔离直流变换器。
- Q 为开关管，其驱动一般为 PWM（Pulse Width Modulation 脉宽调制）信号。
- 信号周期为 Ts，信号频率为 f = 1/Ts。
- 导通时间为 Ton，关断时间为 Toff，则周期 Ts = Ton + Toff，占空比 Dy = Ton/Ts。
2. 芯片内部结构
2.1 模块组成
模块主要包含：
- PWM 控制器
- Mosfet 管
- 散热模块
- 电感元件
2.2 内部框图
3. 芯片选择需要考虑的因素
- 升降压模式选择
- 输入输出电压范围
- 温度条件
- 工作频率
- 工作模式
4. 工作频率的设定
- 开关频率高的优点：
- 输出电容纹波更小
- 动态响应更好
- 缺点：
- 开关损耗更高
- 开关噪声能量更高
- 开关频率低的优点：
- 开关损耗更低
- 开关噪声能量更低
- 缺点：
- 输出电容纹波更大
- 动态响应更差
➡ 如上图：推荐采用中间值：500kHz 的工作频率。
5. 输出纹波控制
6. 电源模块的工作模式选择
- 轻负载：采用 BURST / Pulse-Skipping 模式，提高转换效率
- 重负载：采用连续模式，纹波小，动态响应好
- 注意：若重载仍使用 BURST 模式，会导致输出纹波大，动态响应差
7. 软启动的设置
- 设置 SS 电容
- 通过设置不同电容值，控制电源模块的上电顺序
- 电容过大：启动过缓 → CPU 启动异常
- 电容过小：电源无法正常启动
8. PhaseMd 设置
- 若为单片设置两路输出，相位差建议设置为 60 度
9. Track 设置
- 当两路有依赖关系时：
- 使用 track 设置启动方式
- 或使用一路的 PG 脚连接到另一路的 RUN 脚控制启动顺序
10. 输入输出电容的选用建议
- 使用低 ESR 的高频电容
- 注意容量与耐压
- 电容布局靠近电源模块
- 搭配使用大/小电容及大/小封装
- 考虑温度对容量的影响，预留余量
- 注意高温下的工作寿命
11. 温度对输出功率的影响
12. 多片并联时的均流问题
- 并联使用时，关键连接必须同步
- 如：SBC8640M-A12V1.0，两个 4620 电源并联使用时，若相位匹配的 CLK 未连接，输出会冲突并振荡
13. 反馈环路参数选择注意
- 反馈链路滤波器参数不当会导致纹波过大
- 如 SBC8640M-A10V1.0 在 4620 差分反馈链路加装过大滤波器，导致反馈减缓，纹波达 300~400mV
- 建议滤波电容为 pF 级别
14. 负载对电源效率的影响
- 当负载为额定功率的 10% 时，效率不高
- 效率在额定功率 50% 时最高
- 输入输出压差越小，效率越高（具体以芯片资料为准）
15. 低温环境下的输出偏移问题
- 如 SBC1022M-AB4 在 -55℃ 测试时，3.3V 输出降至 3.15V
- 原因：VREF 参考电源（VSENSE）由 0.891V 偏移至 0.85V，导致输出电压偏低
16. PCB 设计注意事项
- 在器件下方铺设电源地层，减少开关噪声干扰
- 过孔不要直接放在焊盘上，避免虚焊
- 避免热点集中布局
- 热敏元件（如 ADC、恒温晶振）应远离电源模块
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