目录
- 一、输入电容器C~IN~的选择
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- 1.输入电容值选择
- 1.2 纹波电流(温度相关量)
- 1.3 额定电压
- 1.4 关于电容的ESR
- 1.5关于C~IN~的摆放问题
- 二、选择功率电感L
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- 2.1 计算电感值
- 三、C~OUT~的选择
- 四、小工具
在写这个博客之前，我想开始我的废话文学 有时候很难把一件事写得透彻、全面、有针对性。
我复盘了一下我的学习过程：
我们很难只从一本书、一篇博客、一篇帖子、一篇技术文章中掌握全面的知识。
2、所以要多方面收集关于细节方面的知识，并且用自己的语言整理和归纳。最后这篇帖子可能不满足全面、清晰但这是你在整个学习过程中的目标以前掌握知识 补充。因此，看别人的笔记是没有用的，即使你不看，也不如不写 会让你进步更快。
3.推翻第二条(都说是废话文学)。希望大家看完我的博客能有所收获，取得进步。O(∩_∩)O
开关电源buck工作电路原理图如下：
在以下纹波分析中，在电路稳态的条件下。这一点必须永远记在心里。也许每个人都有疑问。既然是稳态，为什么会有纹波？例如，振荡电路的稳态是什么？它是振幅值和周期恒定的正弦/方波信号。因此，恒定纹波是稳态。
第二个问题：纹波从哪里来？本质它是开关管的两种工作状态，更重要的是我们需要降低压力。由于使用DC-DC，那么纹波是不可消灭的，只能尽量减少。这是电路的基因。如何尽量减少？即选择合理的感值、容值等特征参数，e.g. ESR ESL DCR 等等。电路如何安全可靠地工作？这涉及到额定值：额定电压和额定纹波电流；电感是饱和电流和温升电流。
一、输入电容器CIN的选择
? 为什么要添加输入电容？ 答:降低输入电压纹波。降低输出纹波，稳定输出电压。
? 在存在CIN在合理选择的条件下CIN降低输入电压纹波的好处？ 答：①减少电容器上的功耗；②提高电容器的使用寿命。
输入电压纹波与选择CIN 的ESR直接相关。输入的电压纹波来自电容器上的纹波电流。因此，首先要分析电容器的纹波电流。电路有两种工作状态：开关管ON 或者OFF 状态。事实上，在下面的分析中，所有参数都应该分析开关管ON/ OFF状态。 希望大家能仔细分析下面图片的每一个波形。 先分析输入纹波电流，先看上图ICIN
1、当Q1 导通期间（ON）输入电流Iin和CIN 为输出端提供电流； 2、在Q1关断期间（OFF），只给输入电流CIN充电。
? 那放电电流是多少？ 答：见下图↓↓ 在上述分析中，可以假设IIN和IOUT分析几乎恒定的条件。很容易得到上述关系类型。为什么会这么假设？IOUT更容易理解IIN呢？为什么是恒定的？因为当电路处于动态平衡状态时，能量是恒定的。它简单而粗糙吗？？那么，如何理解电路的动态平衡呢？开关中电路的电感和电容ON & OFF储能周期=释放能量。然后电路的净消耗来自源端VIN提供。
1.输入电容值选择
根据开关ON/OFF可获得电容器的充放电平衡： 理论上，上述公式只给出CIN最小值要求。对于稳态平衡状态，参数不多，IO与D几乎相同，因此上述公式建立了输入电容与输入纹波电压之间的关系。
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比如ST的一款DC-DC芯片：ST1S06.在数据手册中写输入电容可以很大，没有限制。
在CIN在确定容值时，应考虑以下几点：
1、偏压效应（DC bias voltage） 参考文章电容器的偏压效应（仅针对陶瓷电容器），特别是当电压相对较高时，偏压效应会导致容量值的显著降低，电解电容器和钽电容器没有这个问题；
2.容值的精度范围；±10% or ±20%
3、电容温度曲线；X5R 和 X7R都是±两者温度范围不同，15%。Z5U是-56%~ 22%，还要注意电容的温度曲线不单调。
总之，应考虑影响容值的所有因素，然后确保所选电容值在最恶劣条件下仍然存在≥CINmin
1.2 纹波电流(温度相关量)
现推导流经输入电容纹波电流的有效值： 这是流经电容的电流波形↓↓ 虽然电容器两端的电压稳定，但电容器的电流是脉动的。
在额定温度下，纹波电流的定义达到一定的温升(例如10℃或者5℃）相应的电流。电容器的温度升高是由于ESR导致。那为什么要注意纹波电流呢？由于温度升高，电容器长时间工作在最大管芯温度（甚至超过），这将大大缩短电容器使用寿命，从这个意义来说，这是一个与可靠性有关的量，即使选型不当，问题也不会立刻暴露出来。
纹波电流也需要一定的裕量，也就是降额。一般来说比例系数：85%-100%。
如果单个电容不能满足设计要求，可以使用多个电容并联，这样可以使单个电容上的脉动电流降低。
1.3 额定电压
一个直觉的反应是：电容的额定电压由输入电压决定，但为了电路安全稳定可靠地工作，一般在标定的额定电压下降额使用。降额多少这是个问题。 从上面看出MnO2钽电容是降额比较多的，在使用时一定要注意。
1.4 关于电容的ESR
如果电容是理想电容，那么电容的电压是不能突变的。但是实际的电容由于寄生，都会存在ESR。那么当流经电容的电流大小和方向变化时，其两段的瞬时电压其实是会变化的。比如： 以及下面这个实验：
、三角波的产生是由于电容充放电导致的；
、三角波上叠加的阶跃变化，是由于ESR;
、毛刺和尖峰的产生，是由于ESL
所以说，输入电容的ESR会直接影响输入的电压纹波。
所以输入电压纹波由两部分影响：1、电容的充放电导致DC-DC芯片输入端口电压的波动；2、电容的ESR。
CIN越大，当然纹波电压越小；但当增加到一定程度后，ESR的作用开始明显。
那么什么类型的电容的ESR比较小呢？这是我们需要关心的问题。
最毋庸置疑的当然是多层陶瓷电容MLCC的ESR是最小的，但是MLCC也有一定的缺点：大容量（一般就是大封装）的MLCC的机械性能不好，易产生裂纹导致电容失效，还有就是偏压特性导致容量下降等。
那是不是铝电容或者钽电容就一定不能选呢？
用多聚合物做电解电容的阴极，可以极大的降低电解电容ESR。至于降低多少，取决于多聚合使用的材料，比如PPY（聚吡咯），其电导率是电解液的10000倍，可达100S/cm。使用该工艺制作的铝电容，具有极低的ESR（可以与MLCC相差无几），所以降纹波能力强，可以允许通过更大的纹波电流；而且频率变化时，容量比较稳定。
因为制作工艺的不同，高分子聚合物的铝电容，每层铝箔都与电极短接；而高分子的钽电容的阳极只有一根钽丝（与MnO2钽电容类似），所以高分子聚合物的钽电容的ESR还是相对较高。
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1.5关于CIN的摆放问题
靠近regulator输入电压引脚放置大电容。原谅我懒，不愿意画图
二、功率电感L的选择
说一个与电感有关的buck电源（根据流经电感的电流变化）的分类：
CCM:导通模式
BCM：导通模式
DCM：导通模式
FCCM：导通模式，电流可以为负的，也就是COUT对电感反向充电，一般来说FCCM模式出现在对效率要求不高，但对纹波要求较高，且负载调节能力较强的场合。
2.1 电感值的计算
先介绍一个概念“”
当电路稳定以后，一定有电感的储能=电感的释能，那么一定有△ION= △IOFF 在开关管ON/OFF两种状态下，电感上的电压几乎为方波，积分式简化乘积式。
电流的纹波△I: 假设流经电感的电流纹波比r：r=∆I/I0 其中I0是输出电流。 其中U：开关ON时，电感两侧的电压。对于不同的拓扑结构，计算方式也不同。对buck电路来讲U=VIN-VOUT 对公式的理解： 1、r:是指流经电感的电流纹波比，而不是输出的纹波比，L越大，r越小；
2、输出电流越大，L越小；即在轻载模式下，应该增加L的感值。
功率电感的手册给出的指标参数：
1、电感值：测试电压、测试频率、精度 2、DCR:最大值、典型值 3、SRF 4、ISat：饱和电流，值电感值下降到一定比例后（比如30%）对应的电流大小； 5、Irms：温升电流，也叫应用额定电流，指表面达到一定温度对应的DC的值；
6、Irat：额定电流，并不是所有的厂家都会给出这个指标，而且缺乏统一的标准，该指标容易对工程师构成一定的误导。
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三、COUT的选择
关于Cout的选择，之前这一部分一直没有写，因为我自己也没有理解。后面我看了一篇知乎文章，手撕Buck！Buck公式推导过程…写的很好！
（为了这篇博客的完整性，我还是将这一部分的内容补齐）
其实在前面的分析中，我们可以知道，流过电感的电流是三角波，但为了使负载RL上的电流恒定，流过电容上的电流也应该是三角波，两者互补，使得输出电流恒定。
有： 1、 2、电容充放电的时间一样，都是开关周期的一半（T/2） 整个充放电的电荷： 其中：∆IL为电感的电流的纹波；
将∆IL的表达式带入得：
一般来说，由ESR引起的纹波波动不会超过整个纹波的20%。
四、小工具
最后的最后，推荐一个超好的免费小资源，由TI公司提供。“buck稳压器参数计算”