BUCK電路的電壓應(yīng)力有哪些？

電源先生(PowerMan) 2024-05-18 13:49 372 閱讀 1 贊 2 收藏 0 評(píng)論

前文 BUCK電路中有哪些電壓參數(shù)？中我們分析了BUCK電路中的各類電壓參數(shù)。

本文，我們將分析兩個(gè)問(wèn)題：

1. BUCK電路關(guān)鍵元器件上的電壓應(yīng)力；

2. 實(shí)例說(shuō)明工程計(jì)算中通常忽略BUCK電路的三個(gè)導(dǎo)通壓降參數(shù)。

1. BUCK電路關(guān)鍵元器件有哪些？電壓應(yīng)力是多少？

如圖所示，是非同步BUCK電路拓?fù)洌豢梢?jiàn)，除去輸入源、負(fù)載電阻和控制IC外，BUCK電路的功率級(jí) Power Stage 由 5 個(gè)元件組成，即輸入電容、高邊開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管、功率電感和輸出電容；A、B、C分別是輸入節(jié)點(diǎn)、交換節(jié)點(diǎn)和輸出節(jié)點(diǎn)。

輸入電壓 V_IN 和輸出電壓 V_OUT 都是直流電壓分量和紋波電壓分量的疊加，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓 V_SW 是斬波或方波形式的（因?yàn)楦哌呴_(kāi)關(guān)管的反復(fù)開(kāi)關(guān)）。其中，降壓電路的輸入電壓通常是一個(gè)范圍，有輸入電壓最小值 V_(IN,MIN) 和最大值 V_(IN,MAX) 。

由此可見(jiàn)，輸入電容和高邊開(kāi)關(guān)管上的最大電壓為輸入電壓最大值 V_(IN,MAX) ，續(xù)流二極管/低邊開(kāi)關(guān)管上的最大電壓為開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓 V_SW （在忽略 V_(DS(ON)-H) 的情況下，該電壓最大值等于 V_(IN,MAX) ），輸出電容上的最大電壓等于輸出電壓 V_OUT ，這就是降壓電路的電壓應(yīng)力，也是電路設(shè)計(jì)時(shí)各元件耐壓值的選型依據(jù)。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，在BUCK電路各元器件電壓應(yīng)力的選型上，輸入電容、高邊開(kāi)關(guān)管、續(xù)流二極管/低邊開(kāi)關(guān)管的耐壓值應(yīng)該大于等于電路設(shè)計(jì)參數(shù)中的V_(IN,MAX) ；輸出電容耐壓值通常大于電路設(shè)計(jì)參數(shù)中的V_(OUT)典型值的 1.25 倍，也就是多預(yù)留 25% 的裕量。

2. 工程計(jì)算中通常忽略的三個(gè)壓降參數(shù)

由于導(dǎo)通壓降 V_(DS(ON)-H) 、 V_(DS(ON)-L) 、 V_D 以及 V_DCR 相對(duì) V_IN 和 V_OUT 很小，在實(shí)際工程計(jì)算中通常可以忽略不計(jì)，以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程；比如，以下幾個(gè)實(shí)例，相對(duì)于輸入輸出為5.0V、3.3V和1.8V這些電壓值來(lái)說(shuō)，100-200mV的壓降都是可以忽略不計(jì)的。當(dāng)然，如果想更加精確地計(jì)算電路中的各參數(shù)，是可以將這三個(gè)導(dǎo)通壓降參數(shù)計(jì)算在內(nèi)的。------------------------------------------------

（1）以N-channel MOSFET IRF7351PbF為例，其最大導(dǎo)通電阻為 R_(DS(on),max) = 17.8mΩ @ V_GS = 10V ， I_D=8.0A @ T_A = 25°C ，所以該管子的導(dǎo)通壓降為 V_SW = 8.0A*17.8mΩ = 142.4mV 。

（2）以P-channel MOSFET IRF7328PbF為例，其最大導(dǎo)通電阻為 R_(DS(on),max) = 21mΩ @ V_GS = -10V ， I_D = -8.0A @ T_A = 25°C ，所以該管子的導(dǎo)通壓降為 V_SW = 8.0A*21mΩ = 168mV 。

（3）以圖 3.22所示TPS54561DPRT器件規(guī)格書(shū)設(shè)計(jì)實(shí)例中的續(xù)流二極管型號(hào)PDS760-13為例，其正向壓降(Forward Voltage)最大值為0.56V，可以被忽略。需要說(shuō)明的是，0.56V的壓降理論上并沒(méi)有達(dá)到可以忽略的條件，但是工程計(jì)算中通常忽略以簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。

圖 3.22 TPS54561DPRT參考設(shè)計(jì)及續(xù)流二極管和電感的部分參數(shù)

（4）仍然以圖 3.22所示中的功率電感型號(hào)Würth Elektronik 7447798720為例，其直流電阻最大值為 R_(DC,max) = 12.8mΩ @ 20°C ；假如以功率電感上的平均電流等于負(fù)載電流5.0A計(jì)算的話，功率電感的直流電阻導(dǎo)致的壓降 V_DCR = 5.0A*12.8mΩ = 64mV ，在實(shí)際工程計(jì)算中是可以忽略的。

后續(xù)將更新以下內(nèi)容：