 前三期笔者主要以总结Buck电路的工作原理、工作过程、工作模式、控制模式、调制模式为主，那么接下来就从集成电路的角度来梳理一下适用于Buck拓扑的降压DC-DC转换芯片(下文中均简称为Buck芯片或Buck IC)的关键要点。根据目前市场上的主要型号，按照集成度参考美国TI公司的方式进行分类，Buck芯片主要可以分为以下三类：（1）Buck controllers 降压控制器（开关在芯片外部） （2）Buck converters 降压转换器（开关集成在芯片内部） （3）Buck modules 降压模块（电感集成在芯片内部） 一、Buck controllers 这里以TI TPS53015为例，根据该型号在官网的分类归属，以及datasheet中的参考电路及其说明等，不难发现这是一颗开关在芯片外部的降压控制器：Vin为Buck输入，Cin为输入滤波电容；上管Q1为输入侧的开关管，下管Q2为用来替代二极管的同步开关管（这是一个同步Buck电路）；Lo为Buck输出侧的功率电感，Co为输出滤波和稳压电容，Vout为输出电压。由于主电路全在外面由设计者自行选择搭配设计，TPS53015仅仅是起到驱动控制两个开关管导通以及保护电路的作用。  图1 TPS53015简化应用参考 这颗Buck IC一共有10个引脚，如果我们需要了解如何通过外围电路设置芯片的控制逻辑和功能，或者说如何通过这颗芯片控制我们的Buck主电路，不妨了解下TPS53015 datasheet里的引脚定义，如表1所示。 表1 TPS53015引脚定义  结合参考电路datasheet引脚定义可以发现：PIN5为芯片的供电引脚，PIN6为芯片的零电位参考点PGND。PIN4为使能引脚，高电平使能输出，低电平禁止输出。PIN8为连接上管和下管的开关节点，PIN9和PIN7分别为芯片给到上管和下管的栅极控制信号，通过这里控制信号可以按照一定的逻辑开通或者关断上下管两个MOSFET，PIN10为上管MOSFET自举电容电压输入，这里主要是由于上管的源极电位随着下管开关状态的变化而变化，而上管的开通是需要栅极和源极之间的电位差维持在一个稳定的Vgs(on)的，因此需要自举电容解决浮驱问题。PIN1为反馈输入引脚，即采集输出电压反馈给控制器进行。PIN2为开漏Power Good输出，功能是在Buck输出达到目标调节范围后指示高电平。PIN3为5V线性调节器的输出，作为MOS驱动的供电。 二、Buck converters 以LMR12xxx为例，参考其datasheet里的简化应用电路，可以发现相比于TPS53015，这里除了下管换成了二级管（说明对应的是异步Buck）,上管似乎也“不见”了。其实这里LMR12xxx相比于TPS53015来说集成度有所提升，它内部集成了一个150mΩ的NMOS，对应的即是TPS53015的上管。  图2 LMR12xxx简化应用参考 同时，还可以发现LMR12xxx多了一个SYNC引脚，这里表示可以接外部时钟，当然，也可以通过接地的方式来接受内部时钟的设置。 实际上，除了LMR12xxx这种将上管集成在内部的方式,还有一类Buck IC是同时将上下管集成在内部的，例如TI的TPS62xxx。以TPS62xxx为例，找到datasheet里的简化版参考电路，我们发现其外电路尤为精简，这主要是因为TPS629210的集成度更高。  图3 TPS62xxx简化应用参考 这里MODE/S-CONF的主要作用是配置工作模式，即自动PFM/PWM模式或者强制PWM模式。自动PFM/PWM模式即是指重载下系统工作于PWM模式，轻载时可无缝切换至PFM模式在可变频率下运行；而强制PWM模式则是指Buck开关频率在全负载范围内均为恒定。 三、Buck modules 按照集成度除了上述两种Buck芯片以外，还有一种是集成度最高的Buck模块，它可以看成是在集成开关的基础上进一步继承了功率电感。还是以TI为例，这里选取的是官网里的TPSM86325x,简化参考电路如下。  图4 TPSM86325x简化应用参考 可以发现外电路尤为精简，找不到开关管和功率电感的存在，输入经过芯片直接转为输出。这类Buck芯片一般称之为Buck modules,它高度继承了Buck电路的控制逻辑和Buck电路的开关管以及功率电感，因此设计者的工作也大为简化：只需要设定使能、配好输入输出电容以及反馈的阻值即可。 四、小结 根据集成度进行分类，Buck controllers、Buck converters和Buck modules这三者的集成度是依次递增的，设计者的设计难度则是依次递减。而根据本人目前的经验来看，本公司本行业用到的属Buck converters最为常见，这一类Buck相比于单纯的 controller可以简化设计缩小体积，同时相对于modules来讲价格也相对实惠，因此是一个比较普遍的选择。注释：参考电路设计来源于TI官网。 |
