DC-DC BUCK电源芯片的基本原理和组成

DC-DC BUCK是降压型，这篇博客讲述DC-DC BUCK电源芯片的基本工作原理。

1. 同步和非同步DC-DC

如下两个图分别是非同步架构和同步架构的DC-DC，区别在于非同步使用二极管作为续流二极管，同步架构使用的是MOS管。

非同步降压拓扑结构

同步降压拓扑结构

同步和非同步大致有如下的区别：

（1）非同步的效率低，同步的效率高，原因是同步使用的是MOS管，MOS管的Rds(on)小，在通过大电流时，导通压降小，损耗小，效率高，而二极管的正向压降一般大于MOS管。

非同步架构二极管上的功耗为：

$$P_D=V_D\ast I_{OUT}\ast (1-\frac{V_{OUT}}{V_{IN}})$$

同步架构MOS管上的功耗为：
$$P_{FET}=R_{ON}\ast I_{OUT}^2\ast (1-\frac{V_{OUT}}{V_{IN}})$$

（2）同步架构的成本更高一点，MOS管比二极管贵；因为是MOS管，还需要外加控制电路；

（3）非同步的可靠性比同步高，MOS管不是理想的开关，是有开通时间和关断时间的，如果上下两个MOS管的死区时间没有控制好，使上管关断时间和下管开通时间有重叠，造成有直通现象，那么MOS管可能因电流过大而损坏。所以我们经常看到MOS管的内部框图中，上管和下管之间会有一个二极管，就是为了防止直通短路。

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2. DC-DC BUCK基本原理

如下是DCDC BUCK芯片的框图，上面的NMOS称为high-side MOSFET，下面的NMOS称为low-side MOSFET。当高边MOS管打开时，SW为VIN，SW对电感进行充电储能，电感电流呈上升趋势；当低边MOS管打开时，SW为GND，此时电感通过续流二极管对输出电容和负载进行供电，理论上高低MOS管不能同时打开，所以上下管打开的周期就形成了占空比，根据负载的轻重，来调节不同的占空比，满足不同负载需求。

高边MOS管和低边MOS管

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3. DC-DC BUCK基本组成

同步和非同步BUCK调节器主要都是由误差放大器，脉宽调节器，输出滤波器和补偿网络等组成，其中脉宽调节器和输出滤波器加在一起又叫Power Stage。

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4. DC-DC BUCK闭环调节

当输入电压或者负载变化时，DC-DC的VOUT是缓慢变化的，这个变化量通过反馈FB检测（R1/R2分压），输入到误差放大器的反向端，与正向端的参考电压进行比较，误差放大器形成一个输出变化量，这个变化量输入到PWM调制器的一端，与斜率补偿形成重新校准的占空比，来控制控制G极驱动器输出VOUT，实现了系统自动调节，这个是DC-DC内部的闭环调节原理。

下图中的Vea就是误差放大器的输出量，Vt就是Slope compensation，斜坡补偿。

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永远相信美好的事情即将发生！作者记得诚，写于安徽合肥，时间2020-06-01 PM21:44