**關(guān)注“電源先生”，解析開關(guān)電源**

01

/ 你知道BUCK“設(shè)計(jì)需求”嗎 /

先問大家一個問題：你知道降壓轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)的第一步是什么嗎？如果一個電源工程師無法明確這點(diǎn)，那將是非常遺憾的。接下來，我們看下AI是怎么回答的，它是知道第一步是什么的。

圖 1 AI給出的降壓轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)流程

圖 1所示（這還是早期沒有接入DeepSeek-R1），是AI給出的降壓轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)流程，它是知道第一步該是什么的，沒錯，就是需求分析。

圖 2 LMR66410典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)需求”

圖 3 TPS548D26典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)需求”

圖 4 TPS54561典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)需求”

圖 5 TPS40200典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)需求”

隨便翻閱幾個TI器件規(guī)格書，圖 2、圖 3、圖 4、圖 5所示，分別是LMR66410、TPS548D26、TPS54561和TPS40200規(guī)格書中典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)需求”。

由此可見，或是簡介，或是詳細(xì)，在給出一個典型應(yīng)用之前，首先需要明確具體的“設(shè)計(jì)需求”有哪些，如對紋波電壓的要求、對動態(tài)響應(yīng)的要求、對轉(zhuǎn)換效率的要求等。

正如《開關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應(yīng)用》這本書所述：

管理學(xué)大師史蒂芬·柯維在《高效能人士的7個習(xí)慣》這本書中給出的第二個習(xí)慣是“以終為始（BEGIN WITH THE END IN MIND）”，“所有事物都經(jīng)過兩次的創(chuàng)造——先是在腦海里醞釀，其次才是實(shí)質(zhì)的創(chuàng)造”。

借用此理，應(yīng)該說所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，當(dāng)然也包括電源電路設(shè)計(jì)，都需要從“設(shè)計(jì)需求”這個“終”開始。

02

/ 詳細(xì)設(shè)計(jì)流程 /

在明確了“設(shè)計(jì)需求”之后就是開關(guān)電源的詳細(xì)設(shè)計(jì)了。

那么，詳細(xì)設(shè)計(jì)的第一步又是什么呢？

你是第一步就調(diào)整分壓電阻的取值、配置輸出電壓到目標(biāo)值嗎？

這可能是很多電源工程師的習(xí)慣，但是，配置輸出電壓到目標(biāo)值并不是“詳細(xì)設(shè)計(jì)”的良好開局。

圖 6 TPS54561典型應(yīng)用“設(shè)計(jì)流程”

圖 6所示，參考TPS54561規(guī)格書中“7V – 60V輸入到5V/5A”典型應(yīng)用的設(shè)計(jì)流程，總體原則是：從“大”到“小”設(shè)計(jì)開關(guān)電源電路。

“大”是指大信號功率傳輸部分（英文稱為 Power Stage ，即功率級），主要包括高邊開關(guān)管、低邊開關(guān)管、功率電感、輸入輸出電容；“小”是指小信號控制環(huán)路部分（英文稱為 Control Loop 或 Loop Compensation ），主要包括誤差放大器等，當(dāng)然也可以包括一些功能引腳配置。

參考文章[ 如何學(xué)習(xí)開關(guān)電源？從“大”到“小”學(xué)習(xí)開關(guān)電源... ]。

圖 7 BUCK轉(zhuǎn)換器的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程

明確“設(shè)計(jì)需求”之后的詳細(xì)設(shè)計(jì)流程：

(1) 確定設(shè)計(jì)需求。比如輸入電壓的范圍，輸出電壓值，輸出的紋波電壓大小，能夠提供的負(fù)載電流能力等。

(2) 配置開關(guān)頻率。確定開關(guān)轉(zhuǎn)換器工作的開關(guān)頻率，計(jì)算配置電阻大小。對于固定開關(guān)頻率的開關(guān)轉(zhuǎn)換器，則無需配置。

(3) 選擇合適的電流紋波系數(shù)，計(jì)算各功率元件的電壓和電流應(yīng)力。

在此確定電流紋波系數(shù)，是因?yàn)樵搮?shù)會影響到輸出紋波電流的大小，進(jìn)而影響功率電感參數(shù)的選擇，進(jìn)而影響輸出紋波電壓的大小，進(jìn)而影響輸出電容參數(shù)的選擇等。

計(jì)算完成后，作為依據(jù)，進(jìn)行開關(guān)管、功率電感和續(xù)流二極管等元件選型。

(4) 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，配置功率電感。

(5) 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，配置輸入和輸出電容。根據(jù)設(shè)計(jì)需求中輸入紋波電壓的要求，通過計(jì)算得到輸入端所需的最小容值（如果設(shè)計(jì)中沒有輸入紋波電壓的要求，則可以不關(guān)心輸入端所需的最小容值）。

根據(jù)設(shè)計(jì)需求中的“負(fù)載動態(tài)響應(yīng)”、“輸出電壓過沖”和“輸出端紋波電壓”三個要求，計(jì)算所需輸出電容的最小值。

根據(jù)紋波電壓和紋波電流計(jì)算輸出電容上所允許的等效串聯(lián)電阻(ESR)的最大值。

另外，還可計(jì)算輸出電容上的均方根電流，也是進(jìn)行電容選型的依據(jù)之一。

(6) 電路輔助功能設(shè)計(jì)。比如軟啟動時間配置、欠壓保護(hù)功能配置，以及時序設(shè)計(jì)等。

(7) 配置輸出電壓。因?yàn)榉答侂娮钑绊戭l率補(bǔ)償，所以需要在頻率補(bǔ)償之前確定反饋電阻值。

(8) 計(jì)算誤差放大器的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

(9) 原理圖設(shè)計(jì)，PCB Layout，完成電路設(shè)計(jì)。

03

/ 小結(jié) /

在BUCK電路設(shè)計(jì)中，首先需要明確“設(shè)計(jì)需求”，再按照此文的“詳細(xì)設(shè)計(jì)流程”完成BUCK電路設(shè)計(jì)。

有“需求”或“目標(biāo)”才有開始的目的，才有最終設(shè)計(jì)完成的電路。這可能與人生不同，我可能不知道人生目標(biāo)或努力方向，但每天還是要開開心心。