第5章 降压电路的应用方法 323
5.1 降压电路的设计流程 323
5.2 确定设计需求 326
5.3 降压芯片选型 328
问题 5.1：同步整流还是非同步整流？二者的差异有哪些？ 332
5.4 输出电压设置 Output Voltage Setting 332
5.4.1 反馈电阻取值方法 333
问题 5.2：反馈电阻是否有一定的取值范围？ 334
问题 5.3：是先确定高边反馈电阻R1的阻值，再计算低边反馈电阻R2的阻值？还是反过来？ 335
5.4.2 反馈电阻取值大小的影响 337
5.4.2.1 影响待机功耗 337
5.4.2.2 影响输出电压精度 338
5.4.2.3 影响反馈环路稳定性 340
5.4.3 反馈电阻取值实例TPS54561DPRT 342
5.4.3.1 基于“从输出端 VOUT 流入FB反馈引脚的电流为零”的方法 342
5.4.3.2 基于“输出电压‘增量比’不超过0.1%”的方法 343
5.4.3.3 小结 345
5.4.4 如何得到最小输出电压（实例TPS54561DPRT）？ 345
5.4.5 如何实现比基准更低的输出电压？ 346
5.4.6 前馈电容的原理、作用与取值？ 346
5.4.7 什么是近端反馈和远端反馈（Remote Sensing Feedback）？ 347
5.4.8 什么是DVS、AVS和DVFS？ 348
5.5 开关频率配置 348
5.3.1 配置开关频率的注意事项？或什么是折返频率？ 348
5.3.1 配置开关频率的方法？ 348
5.3.1.1 LM5088MHX-2/NOPB器件的开关频率配置方法 348
5.3.1.2 TPS54561DPRT器件的开关频率配置方法 350
5.3.1.3 LTC3707EGN-SYNC#PBF器件的开关频率配置方法 351
5.3.1.4 ADP3020ARU器件的开关频率配置方法 353
5.3.1.5 小结 354
5.3.2 何时需要调节开关频率的大小？ 355
5.6 功率电感的选型 356
5.6.1 功率电感值的选型依据是什么？ 357
5.6.2 功率电感额定/饱和电流取值的选型依据是什么？ 357
5.6.3 功率电感的选型步骤 358
5.6.4 功率电感的选型实例 359
5.7 高边开关和低边开关的选型 360
5.7.1 功率MOSFET的选型 360
5.7.2 续流二极管的选型 362
5.8 输出电容的选型 363
5.8.1 输出电容的作用 363
5.8.2 输出电容ESR带来的不良影响 363
5.8.3 输出电容取值的考量因素 364
5.8.4 输出电容的选型依据 364
5.8.6 输出电容的选型实例 370
5.9 输入电容的选型 371
5.9.1 输入电容的作用 371
5.9.2 输入电容取值的考量因素 372
5.9.3 输入电容的电容值计算方法 372
5.10 自举电路（Bootstrap Circuit） 373
5.10.1 开关电源为何需要自举电路？ 374
5.10.2 二极管&电容自举的原理 375
5.10.3 二极管&电容自举电路中的电流和电压 382
5.10.3.1 自举电容在TON时间的放电电流大小 383
5.10.3.2 自举电容在TOFF时间的充电电流大小 383
5.10.3.3 自举电路在TOFF时间的充电电流大小 384
5.10.3.4 自举电路消耗的平均电流大小 385
5.10.4 自举电容（Bootstrap Capacitor）的选型 386
5.10.4.1 如何确定自举电容的耐压值？ 386
5.10.4.2 如何确定自举电容的取值范围？ 387
问题 5.4：自举电容上期望的电压跌落是否可以小到只有几十毫伏（相当于是纹波电压）呢？ 398
5.10.4 自举二极管（Bootstrap Diode）的选型 398
5.10.6 自举电阻（Bootstrap Resistor） 400
5.10.6.1 为何使用自举电阻？ 400
5.10.6.2 如何取值自举电阻？ 400
5.10.6.3 自举电阻上的电压跌落 400
5.10.6.4 自举电阻对转换效率的影响 405
5.10.7 何时及如何使用外部偏置电源？ 406
5.11 软启动与浪涌电流抑制 408
5.11.1 什么是浪涌电流？ 408
5.11.2 什么是软启动？软启动时间？启动时间？ 410
5.11.3 软启动时间配置原理 414
问题 5.5：几种常见的软启动电容配置公式，其差异本质是什么？ 417
5.11.4 软启动时间配置实例 417
5.11.5 何时需要更长的软启动时间？ 418
5.11.5.1 输出电容增加且浪涌电流保持不变 418
5.11.5.2 降低电源电路启动时的浪涌电流 418
5.11.5.3 输出电压非单调上升 420
5.11.6 如何延长软启动时间？如何抑制浪涌电流？ 422
5.11.6.1 基于集成方案实现浪涌电流抑制功能，适用于输入端 423
5.11.6.2 基于SS引脚的软启动时间配置实例(TPS54561DPRT)，适用于输出端 424
5.11.6.3 基于EN引脚的软启动时间配置实例(LM5116MH/NOPB)，适用于输出端 425
5.11.6.4 基于FB引脚的软启动时间配置实例(TPS54561DPRT)，适用于输出端 425
5.11.6.5 基于Single P-MOSFET实现浪涌电流抑制，适用于输入端和输出端 426
5.11.6.6 基于Discrete Load Switch实现浪涌电流抑制，适用于输入端和输出端 431
5.11.6.7 基于Back-to-Back Load Switch实现浪涌电流抑制，适用于输入端和输出端 433
5.11.6.8 基于Integrated Load Switch实现浪涌电流抑制，适用于输入端和输出端 436
5.12 使能引脚的应用 436
5.12.1 关注使能引脚的耐压范围 436
5.12.2 硬件使能 437
5.12.3 UVLO阈值设置 438
问题：“图5.2.1.2 TPS54561DPRT参考电路原理图”支持的UVLO开始输入电压最小值是多少？ 441
5.12.4 基于EN引脚实现受控使能/非能 441
5.12.5 基于SS引脚实现受控使能/非能 443
5.12.6 受控使能/非能和UVLO阈值设置 443
5.13 电源工作正常的指示信号 444
5.14 EN/SS/PWRGD实现多电源时序和跟踪 445
5.14.1 使用EN引脚和被动器件实现电源时序功能 445
5.14.2 使用EN引脚和PWRGD引脚实现电源时序功能 446
5.14.3 使用EN引脚和SS/TR引脚实现两个电源的启动时间相同 446
5.14.4 使用EN引脚和SS/TR引脚实现电源跟踪功能 447
5.15 PCB Layout设计 448
5.15.1 CISPR 22: EMC标准简介 448
5.15.1 降压电路PCB Layout设计常用规则 448
5.15.1.1 Feedback反馈走线的版图设计 449
5.15.2 如何减少降压电路中的EMI？ 450
5.15.2.1 原理设计方法：在自举电容Cboot上串联自举电阻Rboot 450
5.15.2.2 原理设计方法：在高边开关管的栅极串联电阻Rgate 451
5.15.2.3 原理设计方法：在PH节点上增加RC Snubber电路 451
5.15.2.4 原理设计方法：在输入端串联RL Snubber电路 451
5.15.2.5 版图设计方法：减小“交变电流环路”的面积 452
5.16 TPS54561DPRT非同步降压转换器典型应用电路 453
5.16.1 应用实例1：12V输入到5V/5A输出的降压电路 454
5.16.1.1 输出电压设置 454
5.16.1.2 开关频率配置 455
5.16.1.3 功率电感选型 456
5.16.1.4 续流二极管的选型 458
5.16.1.5 输出电容的选型 459
5.16.1.6 输入电容的选型 463
5.16.1.7 自举电容和自举二极管的选型 465
5.16.1.8 软启动电容的选型 466
5.16.1.9 使能信号 467
5.16.1.10 UVLO阈值配置 468
5.16.1.11 误差放大器补偿 477
5.16.1.12 功率损耗估算 477
5.16.1.13 不连续导通模式和省电模式的边界 479
5.16.1.14 波形测量结果 479
5.16.2 应用实例2：12V输入到0.8V输出的降压电路 479
5.16.3 应用实例3：从正向输入到正负输出的分轨电源电路 480
5.17 LM5116MH/NOPB同步降压控制器电路应用实例 480
5.17.1 LM5116MH/NOPB内部原理框图和关键特性 480
5.17.2 LM5116MH/NOPB典型应用电路的设计需求 483
5.17.3 LM5116MH/NOPB典型应用电路的设计步骤 484
5.17.3.1 输出电压设置 484
5.17.3.2 开关频率配置 485
5.17.3.3 功率电感的选型 485
5.17.3.4 功率MOSFET的选型 486
5.17.3.5 输出电容的选型 487
5.17.3.6 输入电容的选型 490
5.17.3.7 自举电容和自举二极管的选型 491
5.17.3.8 软启动电容的选型 493
5.17.3.9 使能信号 494
5.17.3.10 UVLO阈值配置 494
5.17.3.11 误差放大器补偿 495
5.17.3.12 检流电阻配置 496
5.17.3.13 RAMP电容配置 497
5.17.3.14 功率损耗估算 497
5.17.3.15 PCB布局布线 499
5.17.3.16 波形测量结果 500
5.18 LM5161PWPR同步降压转换器典型应用电路 501
5.18.1 LM5161PWPR内部原理框图和关键特性 501
5.18.2 LM5161PWPR典型应用电路的设计需求 502
5.18.3 LM5161PWPR典型应用电路的设计步骤 503
5.18.3.1 输出电压设置 503
5.18.3.2 开关频率配置 503
5.18.3.3 功率电感的选型 504
5.18.3.4 功率开关的选型 504
5.18.3.5 输出电容的选型 505
5.18.3.6 输入电容的选型 507
5.18.3.7 自举电容和自举二极管的选型 507
5.18.3.8 软启动电容的选型 508
5.18.3.9 使能信号 509
5.18.3.10 UVLO阈值配置 509
5.18.3.11 纹波注入电路* 510
5.18.3.12 功率损耗估算 510
5.18.3.13 PCB布局布线 511
5.19 LM25149RGYR同步降压控制器典型应用电路1 513
5.19.1 LM25149RGYR内部原理框图和关键特性 513
5.19.2 LM25149RGYR典型应用电路的设计需求 515
5.19.3 LM25149RGYR典型应用电路的设计步骤 516
5.19.3.1 输出电压设置 516
5.19.3.2 开关频率配置 517
5.19.3.3 功率电感的选型 518
5.19.3.4 功率MOSFET的选型 518
5.19.3.5 输出电容的选型 519
5.19.3.6 输入电容的选型 520
5.18.3.7 自举电容和自举二极管的选型 521
5.19.3.8 软启动（待续） 522
5.19.3.9 使能信号 523
5.19.3.10 误差放大器补偿（待续） 524
5.19.3.11 检流电阻配置 524
5.19.3.12 有源滤波电路（待续） 526
5.19.3.13 功率损耗估算 526
5.20 LM25149RGYR同步降压控制器典型应用电路2 528
5.20.1 LM25149RGYR典型应用电路的设计需求 528
5.20.2 LM25149RGYR典型应用电路的设计步骤 529
5.20.2.1 输出电压设置 529
5.20.2.2 开关频率配置 529
5.20.2.3 功率电感的选型 529
5.20.2.4 功率MOSFET的选型 530
5.20.2.5 输出电容的选型 530
5.20.2.6 输入电容的选型 533
5.20.2.7 自举电容和自举二极管的选型 533
5.20.2.8 软启动（待续） 534
5.20.2.9 使能信号 534
5.20.2.10 误差放大器补偿（待续） 534
5.20.2.11 检流电阻配置 534
5.20.2.12 有源滤波电路（待续） 534
5.20.2.13 功率损耗估算 534
5.21 LTC3311JV#PBF多相降压的典型应用电路（两相并联） 537
5.21.1 LTC3311JV#PBF内部原理框图和关键特性 537
5.21.2 LTC3311JV#PBF典型应用电路的设计需求 538
5.21.3 LTC3311JV#PBF典型应用电路的设计步骤 539
5.21.3.1 输出电压设置 539
5.21.3.2 开关频率配置 539
5.21.3.3 功率电感的选型 540
5.21.3.4 功率开关的选型 540
5.21.3.5 输出电容的选型 540
5.21.3.6 输入电容的选型 542
5.21.3.7 自举电容和自举二极管的选型 543
5.21.3.8 软启动电容的选型 544
5.21.3.9 使能信号 544
5.21.3.10 误差放大器补偿（待续） 545
5.21.3.11 工作模式/频率同步/多相并联 545
5.22 基于BUCK电路实现Inverting电路 547
5.22 基于BUCK电路实现Isolated Buck (Fly-Buck)电路 547
5.22 BUCK电路的常见错误及解决方法 547
5.22.1 为何电源电路无法正常启动（1）？ 548
5.22.2 为何电源电路无法正常启动（2）？ 549
5.22.2.1 不良现象 549
5.22.2.2 解决对策 553
5.22.3 陶瓷电容器啸叫的原因与对策 554
5.22.4 功率电感器啸叫的原因与对策 555
第6章 降压电路的测试与测量 558
6.1 开关电源电路有哪些评价指标？ 558
6.1.1 输出电压精度是否合规？ 558
6.1.2 输出纹波电压是否合规？ 561
6.1.3 线性调整率是否合规？如何测量？ 565
6.1.4 输出电压是否单调上升？如何测量？ 566
6.1.5 启动时间是否合规？如何测量？ 567
6.1.6 保持时间是否合规？如何测量？ 569
6.1.7 死区时间是否合规？如何测量？ 569
6.1.8 浪涌电流是否合规？如何测量？ 569
6.1.13 控制环路是否稳定？如何测量频率响应（波特图）？ 569
6.1.14 转换效率是否达标？测量方法？ 569
6.1.8 负载调整率是否满足设计需求？如何测量？ 570
6.1.3 开关节点是否有较大的开关噪声？ 572
6.1.3.1 开关噪声产生的原理？ 572
6.1.3.2 开关噪声抑制的方法？ 573
6.1.4 开关节点是否有较大的振铃？如何测量？如何改善？ 574
6.1.5 功率电感是否有较大的纹波电流？如何测量？ 574
6.1.6 功率电感是否有磁饱和的风险？如何判断功率电感是否发生了磁饱和现象？ 576
6.1.6.1 计算最大电感电流 577
6.1.6.2 测量电感电流波形 579
6.1.6.3 其他初步判断方法 580
6.2 开关电源的辅助电路有哪些？ 580
6.2.1 过流保护功能OCP及测试方法 581
6.2.2 短路保护功能SCP及测试方法 583
6.2.3 欠压保护功能UVP及测试方法 584
6.2.4 过压保护功能OVP及测试方法 584
6.2.5 热关断TSD/OTP及测试方法 584
6.2.6 输出放电功能 Output Discharge Function 586
6.2.7 预偏置启动和输出预偏置保护 586
6.2.8 尖峰电压抑制 Spike Voltage Suppression 587
6.2.9 输入反接保护电路 587
6.2.10 双电源供电电路 587
6.2.10.1 优先级相同且VIN1=VIN2时的冗余电源电路 588
6.2.10.2 优先级不同的冗余电源电路 590
6.2.10.x 如何解决双电源供电中的电流倒灌问题？ 592
6.3 如何测量输出端纹波和噪声？ 592
6.4 如何测量降压电路的动态响应？ 597
6.5 如何测量降压电路的转换效率？ 597
第7章 规格书阅读方法 599
7.1 二极管规格书的阅读方法 599
7.2 MOSFET规格书的阅读方法 599
7.3 电源芯片规格书的阅读方法 601
附1 参考资料 602