从0到1设计BUCK(2) | 为什么要设计电路？电源工程师必知的电路设计第一步！

01、简介

图1 TPS54561DPRT参考电路原理图

类似于做产品之前必须有产品定义，在进行电路设计之前也必须有设计需求（相当于产品定义），是对最终设计出的电路，其各项指标的期望。

比如TPS54561DPRT器件的数据手册给出的参考电路（图1所示），就是在一定设计需求之下得到的；否则，没有设计需求的参考电路是没有意义的，电路想要达到什么样的目标也是不明确的。此文，分析一个TPS54561DPRT参考电路实例的设计需求。

02/ 设计需求 /

表1 TPS54561DPRT参考电路实例的设计需求

参数说明如下：

(1) 输入电压通常工作在典型值，但是需要支持一个电压范围；此例中的典型值为12V，支持的输入电压范围是7.0V到60V。输入电压会影响功率电感的取值，参考[ BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(1) ][ BUCK电路功率电感的取值，如何确定？(2) ][ BUCK电路功率电感的取值，TI工程师搞错了吗？ ][ BUCK电路电感量 L 与Vin、D、Ton、Toff的正反比关系？ ]等文章。

(2) 输入端纹波电压大小，目标值通常分别设定为最大输入电压的0.5%即可，这是比较严格的要求，通常3%~5%的纹波电压在很多应用中也是可以接受的。

(3) 如果是降压型开关转换器，其最大输出电流通常由规格书给出，且不可调整该值的大小。如果是降压型开关控制器，则可以通过选择过流能力更大的外部开关管MOSFET器件，从而实现更大的输出电流。所以，基于负载电流这个参数来看，降压型开关控制器电源电路比降压型开关转换器电源电路更灵活些。

(4) 线性调整率，也称电压调整率，是指在额定负载电流时，由输入电压变化引起的输出电压变化量与额定输出电压的比值，通常使用百分比表示，如±0.2%。该数值越小，表示输出电压稳定性越好，是开关电源电路设计特性是否良好的评价指标之一。

(5) 输出电压负载调整率(Load regulation of Output Voltage)，简称负载调整率，也称电流调整率，是指在额定输入电压时，由负载电流变化引起的输出电压变化量与额定输出电压的比值，通常使用百分比表示，如±0.4%。该数值越小，表示输出电压稳定性越好，是开关电源电路设计特性是否良好的评价指标之一。

(6) 针对动态响应的要求，当负载从1.25A到3.75A（即电流变化量为2.5A）时，输出电压的变化量不超过其典型值的4%（下冲量不超过输出电压典型值的4%），即 4% * 5.0V = 0.2V 。

(7) 电流纹波系数，在多数应用中直接取 0.3 即可。参考[ 什么是电流纹波系数r？ ][ 电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值的原因？ ][ 电流纹波系数 r 在 [0, 2] 区间取值是否有最优值呢？ ][ 电流纹波系数 r 该选择0.2、0.3还是0.4，为什么呢？ ]等文章。

(8) 电感纹波电流理论值，等于电流纹波系数与最大负载电流的乘积。在此例中，0.3 * 5A = 1.5A。

(9) 与输入端和输出端纹波电压的设计指标类似，输出端浪涌电流大小通常可以控制为最大负载电流的5%；或者根据输出端负载特性确定。

支持外部可配置软启动功能的降压电路，才需要确定“输出端浪涌电流”这个参数指标，进而反向计算出应该配置多大的软启动电容（参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“5.11 软启动与浪涌电流抑制”章节）。

例如，同步降压转换器芯片TPS54335ADDAR就是内置了2 ms的软启动时间，不支持外部可配置；而相同系列的TPS54336ADDAR则提供了SS引脚，支持外部可配置软启动时间功能。

(10) 输出电压，是期望的输出端电压大小。

(11) 输出端纹波电压大小(Output Ripple Voltage)，是预设的输出端纹波电压大小，后续需要通过参数设计，保证不超过预设的输出端纹波电压大小。

可以控制在输出电压典型值的0.5%~1%范围内，或者30mV~50mV之间。

(12) 欠压保护的停止输入电压VIN(stop)，通常配置为等于输出电压即可。

欠压保护的开始输入电压VIN(start)，是指发生了欠压保护后，输入电压需要大于等于该参数时，电路才开始启动，重新恢复工作。

该参数通常配置为大于输出电压1V到3V范围即可。参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“5.12.3 UVLO阈值设置”章节相关内容，在实际电路应用中，欠压保护的开始输入电压的最小值等于输入电压最小值。

(13) 欠压保护的停止输入电压(Stop input voltage)，当输入电压小于值时，芯片将关断以保护后级电路，该行为称为UVLO(Under Voltage Lock-out)。

(14) 开关频率(Operation frequency)，开关电源工作在CCM模式下的频率大小，通过专用引脚配置。

(15) 转换效率(Efficiency)，降压电路的转换效率，输出功率占输入功率的比值，越大越好。