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01  / 背景簡述 /

圖 1 非同步BUCK轉換器拓撲

圖 1所示，是（TPS54561DPRT）非同步BUCK轉換器拓撲，已經內置了高邊開關管，關鍵的外圍元件包括功率電感、續流二極管、輸出電容和輸入電容。

[ 從0到1設計BUCK(5) | 電流紋波系數選擇，功率電感計算優化指南 ]完成了功率電感選型。

[ 從0到1設計BUCK(6) | 非同步BUCK降壓電路續流二極管選型準則 ]完成了續流二極管選型。

[ 從0到1設計BUCK(7)：BUCK降壓電路輸出電容選型方法1 ] [ 從0到1設計BUCK(7) | BUCK降壓電路輸出電容選型方法2 ]完成了輸出電容選型。

此文進行輸入電容選型。

02  / 輸入電容取值的考量因素 /

陶瓷電容器的值隨溫度和施加到電容器的直流偏置而變化很大。通過選擇在整個溫度范圍內更穩定的介電材料，可以將溫度引起的電容變化降至最低。

開關穩壓電容器通常選擇X5R和X7R陶瓷電介質，因為它們具有高電容體積比，并且在整個溫度范圍內相當穩定。

輸入電容器的兩個基本選型原則：

• 輸入電容器的額定電壓必須大于最大輸入電壓，且考慮直流偏置。
• 輸入電容器的容值必須滿足輸入紋波電壓的要求。
• 輸入電容器的紋波電流額定值還必須大于具體電路中的最大輸入電流紋波。

03  / 額定電壓必須大于最大輸入電壓 /

此例中（參考TPS54561規格書或者[ 從0到1設計BUCK(2) | 為什么要設計電路？電源工程師必知的電路設計第一步！ ]設計需求），需要支持的最大輸入電壓是60V，所以需要至少額定電壓為60 V的輸入電容。

考慮到降額使用，實際可以選用75V耐壓及以上的MLCC陶瓷電容。

04  / 容值必須滿足輸入紋波電壓的要求 /

由《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“3.2.3.5 輸入紋波電壓”章節可知，降壓電路輸入紋波電壓大小可以通過公式(3.185)計算得到。

因為此例中我們準備選型的輸入電容器是陶瓷電容MLCC，可以忽略ESR因素導致的輸入紋波電壓分量，所以輸入端紋波電壓大小僅由輸入電容C充放電導致的紋波電壓分量決定，通過公式(3.182)計算即可。

由《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“3.2.3.6 輸入紋波電壓的最大值是多少”可知，表達式 D×(1-D) 在占空比 D=0.5 時取得最大值為0.25；且從此例設計需求中可知，輸入紋波電壓最大值為0.3V，最大負載電流為5.0A，開關頻率典型值為400kHz。

所以，為了滿足輸入紋波電壓的要求，計算所需輸入電容量最小值如下所示：

所以，5顆2.2uF電容并聯后的總容值為11uF（不考慮陶瓷電容偏壓特性或降額使用），可以滿足輸入紋波電壓小于0.3V的設計需求。

反之，在5*2.2uF輸入電容考慮直流特性之后的電容量約為8.8uF的情況下，使用公式42計算輸入紋波電壓，結果是355mV。這點比輸入紋波電壓目標值0.3V多出55mV，需要根據具體應用取舍。如果輸入紋波電壓必須小于0.3V，則可以通過增加輸入電容數量來達到。

05  / 紋波電流額定值必須大于最大輸入紋波電流值 /

參考TPS54561規格書，使用公式41計算輸入紋波電流，結果是2.26A。

由《開關電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應用》“3.3.10 輸入電容的瞬時電流、平均電流和有效電流”可知，輸入電容上均方根電流的計算公式為(3.300)，，且該均方根電流在占空比為0.5時取得最大值。

此例中（參考TPS54561規格書或者[ 從0到1設計BUCK(2) | 為什么要設計電路？電源工程師必知的電路設計第一步！ ]設計需求），輸入電壓最小值為 V_(IN,MIN)=7.0V ，輸入電壓最大值為 V_(IN,MAX)=60V ，輸出電壓典型值為 V_OUT=5.0V ，所以該電路占空比的最大值和最小值分別為 D_MAX=5.0V/7.0V=0.714 和 D_MIN=60V/7.0V=0.083 。

占空比0.5介于0.083和0.714之間，所以輸入電容上均方根電流在占空比等于0.5時取得最大值2.5A，如下所示：

06  / 輸入電容選型的結果 /

圖 2 TPS54561DPRT電路設計實例

圖 2所示TPS54561DPRT電路設計實例，C1(5*2.2uF)就是輸入電容。表 1顯示了高壓電容器的幾種選擇。

表 1 常用的高壓輸入電容

如果輸入電容使用2.2uF±20% / 100V，可選的具體型號有：

Murata Electronics GRM32ER72A225MA35L (2.2 uF 20% 100 VDC 1210 X7R) 

TDK C3225JB2A225M230AB (2.2 uF 20% 100 VDC 1210 X7R)

KYOCERA AVX 12101C225MAT2A (2.2 uF 20% 100 VDC 1210 X7R)

如果輸入電容使用10uF±20% / 100V，可選的具體型號有：

Murata Electronics GRM32EC72A106ME05K (10 uF 100 VDC 20% 1210 X7S)

TDK C5750X7S2A106M230KB (100V 10uF X7S 2220 20%)

KYOCERA AVX 22201C106M4Z2A (100V 10uF X7R 2220 20% Flex AECQ)

07  / 小結 /

表 1所示，是TPS54561DPRT規格書推薦的輸入電容器，100V耐壓電容器的最大電容量為2.2uF，沒有推薦10uF 100V，實際應用中選用2.2uF 100V電容器而不是10uF 100V電容器，這是由制造成本決定的，單顆MLCC陶瓷電容的電容量越大、耐壓值越高，制造成本也越高，售價也就越高。

圖 2所示，基于TPS54561DPRT非同步BUCK轉換器芯片的外圍關鍵元件（功率電感、續流二極管、輸出電容和輸入電容）至此已經選型完畢。

后續幾篇文章將進行輔助功能電路配置，如自舉電容、軟啟動電容、使能/欠壓閉鎖等。