 通过前面几篇文章，学习了基础元器件：电阻、电容、电感、二极管、三极管以及MOS管，下面就用这几个基础元器件，介绍一下BUCK电路的基本拓扑结构，以及在布局BUCK电路时的注意事项。开关电源基本拓扑有三种，Buck、Boost、Buck-Boost。英文看起来比较高端，其实中文翻译过来就是降压、升压和升降压电路。Buck电路是应用最广的，其基本拓扑图如下图所示。 拓扑图中MOS管作为开关，电感和电容作为能量存储，二极管作为续流通路。就这四个基本元器件就能组成最基本的Buck电路拓扑图。由于Mos管需要根据负载用电大小来不停地开和关，所以会产生高频震荡电压和电流信号，如果用数学语言来说就是dv/dt，和di/dt。因为EMI问题的根本目标就是要抑制dv/dt，di/dt，就Buck电路本身的原理来说，肯定要产生dv/dt，di/dt，所以作为电路设计师只能从PCB布局上，尽量减小Buck电路对其他电路的影响。那么具体电路中，应该如何进行Buck电路布局呢？ 电路上大多用的是集成Buck电源芯片，而不是用上面几个分离元器件，外加一大堆分离元器件搭建的控制电路、反馈环路以及保护电路，那就直接分析集成Buck电源芯片应该如何布局布线。我们一起打开Buck电源的数据手册。  1、什么是同步buck，什么是异步buck？ 开篇就说自己是同步buck，那什么叫同步buck呢？先说异步buck就是刚才图1那种拓扑图，也就是用二极管作为续流通路。但由于二极管的续流时功耗也不小。所以，后来有牛人就提出来，把那二极管也换成MOS管岂不更好？于是，就出现如下图的同步buck电路。  但这种同步buck电路需要另外的电路来控制M2的通断，保证M1开通时，M2关断，M1关断时，M2开通。这种高频率配合需要很精准，如果一旦出现M1、M2同时导通，那么就相当于电源对地短路，是绝不允许的。下面就把同步、异步buck电路的优缺点进行对比。
它的典型电路图如下，其中Vin是电源输入，SW定义为开关输出控制引脚，内部接的是MOS管，外部需连接电感。Boot为启动管脚，连接自举电容，自举电容连接在CB和SW引脚之间；用于驱动高侧MOS管的栅极，如果没有这个自举电容，当Mos管开通后，由于源级S电位抬高，导致Vgs小于导通门限Vth，导致Mos管没法继续开通。  如果把SW和Boot画在拓扑图中，那么就像下图一样。FB脚是电压反馈，用于监测外部Vout是否为想要的电压值。En是使能控制脚。  2、Buck电路PCB布局应该注意些什么？ PCB布局设计的关键就是要找到电路系统的关键回路和关键节点，那么什么是电路系统的关键回路和关键节点？通常，电流变化率di/dt大的环路以及电压变化率dV/dt大的节点，就是关键回路和关键节点，在PCB布局设计的时候，要优先考虑和布局。  关键回路有两个，一个开通回路，上图红色回路，另外一个为续流回路，上图的蓝色回路。关键节点就是电感L与二极管、MOS管的交点，也就是buck芯片的SW引脚。 我们要让这两个环路的面积越小越好，因为每一个电流环都可以看成是一个环路天线，会产生辐射，会引起EMI问题，也会干扰板上其它的电路，而辐射的大小与环路面积呈正比。其中首要保证第一个环路越小越好。其次保证输出第二个环路越小越好。 其实每个芯片手册中都会有推荐的布局，以及需要注意的地方。 1、输入端口的滤波电容和旁路电容尽可能地靠近输入管脚； 2、电感，输出电容以及二极管形成的回路越小越好，输出电容尽量靠近电感； 3、反馈电阻尽量靠近反馈引脚，反馈网络取电压时，从输出电容后侧取电压，且走线远离电感和二极管。 4、主回路下面不要走弱信号； 5、一般不建议电感下面铺铜，接地层出现的涡流会导致电感的感量变小； 当然这一点与使用的电感类型也有关系，比如带屏蔽一体成型的屏蔽电感即使下面铺铜关系也不大。 当然，这些注意事项说起来很抽象，下期我们将以几个实际布局布线的案例来分析应该如何进行Buck电路的布局布线。下期见！ |
