**關(guān)注“電源先生”，解析開(kāi)關(guān)電源**

01

/ 簡(jiǎn)介 /

圖1 TPS54561DPRT參考電路原理圖類似于做產(chǎn)品之前必須有產(chǎn)品定義，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)之前也必須有設(shè)計(jì)需求（相當(dāng)于產(chǎn)品定義），是對(duì)最終設(shè)計(jì)出的電路，其各項(xiàng)指標(biāo)的期望。

比如TPS54561DPRT器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)給出的參考電路（圖1所示），就是在一定設(shè)計(jì)需求之下得到的；否則，沒(méi)有設(shè)計(jì)需求的參考電路是沒(méi)有意義的，電路想要達(dá)到什么樣的目標(biāo)也是不明確的。

此文，分析一個(gè)TPS54561DPRT參考電路實(shí)例的設(shè)計(jì)需求。

02

/ 設(shè)計(jì)需求 /

表1 TPS54561DPRT參考電路實(shí)例的設(shè)計(jì)需求

參數(shù)說(shuō)明如下：

(1) 輸入電壓通常工作在典型值，但是需要支持一個(gè)電壓范圍；此例中的典型值為12V，支持的輸入電壓范圍是7.0V到60V。

輸入電壓會(huì)影響功率電感的取值，參考[ BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(1) ][ BUCK電路功率電感的取值，如何確定？(2) ][ BUCK電路功率電感的取值，TI工程師搞錯(cuò)了嗎？ ][ BUCK電路電感量 L 與Vin、D、Ton、Toff的正反比關(guān)系？ ]等文章。

(2) 輸入端紋波電壓大小，目標(biāo)值通常分別設(shè)定為最大輸入電壓的0.5%即可，這是比較嚴(yán)格的要求，通常3%~5%的紋波電壓在很多應(yīng)用中也是可以接受的。

(3) 如果是降壓型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器，其最大輸出電流通常由規(guī)格書給出，且不可調(diào)整該值的大小。

如果是降壓型開(kāi)關(guān)控制器，則可以通過(guò)選擇過(guò)流能力更大的外部開(kāi)關(guān)管MOSFET器件，從而實(shí)現(xiàn)更大的輸出電流。

所以，基于負(fù)載電流這個(gè)參數(shù)來(lái)看，降壓型開(kāi)關(guān)控制器電源電路比降壓型開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器電源電路更靈活些。

(4) 線性調(diào)整率，也稱電壓調(diào)整率，是指在額定負(fù)載電流時(shí)，由輸入電壓變化引起的輸出電壓變化量與額定輸出電壓的比值，通常使用百分比表示，如±0.2%。

該數(shù)值越小，表示輸出電壓穩(wěn)定性越好，是開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)特性是否良好的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

(5) 輸出電壓負(fù)載調(diào)整率(Load regulation of Output Voltage)，簡(jiǎn)稱負(fù)載調(diào)整率，也稱電流調(diào)整率，是指在額定輸入電壓時(shí)，由負(fù)載電流變化引起的輸出電壓變化量與額定輸出電壓的比值，通常使用百分比表示，如±0.4%。

該數(shù)值越小，表示輸出電壓穩(wěn)定性越好，是開(kāi)關(guān)電源電路設(shè)計(jì)特性是否良好的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

(6) 針對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求，當(dāng)負(fù)載從1.25A到3.75A（即電流變化量為2.5A）時(shí)，輸出電壓的變化量不超過(guò)其典型值的4%（下沖量不超過(guò)輸出電壓典型值的4%），即 4% * 5.0V = 0.2V 。

(7) 電流紋波系數(shù)，在多數(shù)應(yīng)用中直接取 0.3 即可。

參考[ 什么是電流紋波系數(shù)r？ ][ 電流紋波系數(shù) r 在 [0, 2] 區(qū)間取值的原因？ ][ 電流紋波系數(shù) r 在 [0, 2] 區(qū)間取值是否有最優(yōu)值呢？ ][ 電流紋波系數(shù) r 該選擇0.2、0.3還是0.4，為什么呢？ ]等文章。

(8) 電感紋波電流理論值，等于電流紋波系數(shù)與最大負(fù)載電流的乘積。

在此例中，0.3 * 5A = 1.5A。

(9) 與輸入端和輸出端紋波電壓的設(shè)計(jì)指標(biāo)類似，輸出端浪涌電流大小通?？梢钥刂茷樽畲筘?fù)載電流的5%；或者根據(jù)輸出端負(fù)載特性確定。

支持外部可配置軟啟動(dòng)功能的降壓電路，才需要確定“輸出端浪涌電流”這個(gè)參數(shù)指標(biāo)，進(jìn)而反向計(jì)算出應(yīng)該配置多大的軟啟動(dòng)電容（參考《開(kāi)關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應(yīng)用》“5.11 軟啟動(dòng)與浪涌電流抑制”章節(jié)）。

例如，同步降壓轉(zhuǎn)換器芯片TPS54335ADDAR就是內(nèi)置了2 ms的軟啟動(dòng)時(shí)間，不支持外部可配置；而相同系列的TPS54336ADDAR則提供了SS引腳，支持外部可配置軟啟動(dòng)時(shí)間功能。

(10) 輸出電壓，是期望的輸出端電壓大小。

(11) 輸出端紋波電壓大小(Output Ripple Voltage)，是預(yù)設(shè)的輸出端紋波電壓大小，后續(xù)需要通過(guò)參數(shù)設(shè)計(jì)，保證不超過(guò)預(yù)設(shè)的輸出端紋波電壓大小。

可以控制在輸出電壓典型值的0.5%~1%范圍內(nèi)，或者30mV~50mV之間。

(12) 欠壓保護(hù)的停止輸入電壓VIN(stop)，通常配置為等于輸出電壓即可。

欠壓保護(hù)的開(kāi)始輸入電壓VIN(start)，是指發(fā)生了欠壓保護(hù)后，輸入電壓需要大于等于該參數(shù)時(shí)，電路才開(kāi)始啟動(dòng)，重新恢復(fù)工作。

該參數(shù)通常配置為大于輸出電壓1V到3V范圍即可。參考《開(kāi)關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應(yīng)用》“5.12.3 UVLO閾值設(shè)置”章節(jié)相關(guān)內(nèi)容，在實(shí)際電路應(yīng)用中，欠壓保護(hù)的開(kāi)始輸入電壓的最小值等于輸入電壓最小值。

(13) 欠壓保護(hù)的停止輸入電壓(Stop input voltage)，當(dāng)輸入電壓小于該值時(shí)，芯片將關(guān)斷以保護(hù)后級(jí)電路，該行為稱為UVLO(Under Voltage Lock-out)。

(14) 開(kāi)關(guān)頻率(Operation frequency)，開(kāi)關(guān)電源工作在CCM模式下的頻率大小，通過(guò)專用引腳配置。

(15) 轉(zhuǎn)換效率(Efficiency)，降壓電路的轉(zhuǎn)換效率，輸出功率占輸入功率的比值，越大越好。