基于EG1163S-240W-DCDC

1 项目简介

我是湖南科技大学信息学院赵晓林，本次我设计的是基于EG1163s的同步buck电路，这类板子适用于给功率较为中等的负载进行供电，在这里我会详细讲解buck电路以及元器件参数计算选型。

2 BUCK电路介绍

buck电路是一种直流-直流转换电路，也被称为降压电路。它是一种常见的电源变换器，用于将输入电压降低到较低的输出电压。buck电路的基本原理是通过切换操作，通过电感和开关元件来实现电压降低。

电路的主要组成部分包括：

1、开关元件：通常是一个可控的开关，如MOS管。这个开关周期性地打开和关闭，以控制电路的工作状态。

2、电感元件： 电感是buck电路的核心元件之一。它储存电能，并在开关关闭时释放储存的能量，以供电路中的负载使用。

3、输出电容：用于平滑输出电压，减小输出电压中的波动。

2 BUCK电路的工作原理

当开关元件关闭时，电感储存能量，并负责维持电流流动。

当开关元件打开时，电感释放储存的能量，将电能传递到负载和电容。

通过调整开关的工作周期和占空比，可以调整输出电压。

buck电路的优势在于它能够提供比输入电压更低的输出电压，因此适用于需要较低电压的应用，如移动设备、电子设备等。它具有高效率、简单的设计和较小的体积等优点。

下图为buck的基本电路模型

3 EG1163S介绍

EG1163S是屹晶微电子有限公司设计的一款用于高压大电流降压的DC-DC电源管理芯片，内部集成了基准电源、振荡器、误差放大器、限流保护、短路保护等。配合外部高压mos管最高支持600V电源电压输入。

下图为EG1163S和引脚功能图及内部结构图

3 元器件选型

在这里我要实现18V降压12V，18V输入经过4个470uf/35V的电解电容，我通常用这个公式Cin=(1-D)*Iin/▲Vin*fsw计算输入电容，D是占空比、Iin是输入电流、▲Vin是输入的纹波电压、fsw是开关频率算出的电容是最小所需的输入电容。电感我选用的是22uh40A的铁硅铝磁环电感，电感感值通过L=[Vo*(Vi-Vo)]/Vi*fsw*Iripple算得，Vo是输出电压、Vi是输入电压、fsw是开关频率、Iripple是电感中电流纹波的峰峰值，纹波系数一般取20%~40%，也就是Iripple=Iout*(20%~40%)，算出的电感是电路所需的最小电感值，在选型的时候可以多留一点余量，选择比算出感值大一点的电感，我这里算出的是15uh多，选用了22uh的。

下图是我选用的电感

mos管的选型是通过电路的输入电压电流来决定的，在这个电路中输入18V14A输出12V20A，选择mos的Vds最起码要大于漏极和源极间的压差，但是我们在选型的时候一般会选择大于输入电压的10V左右的mos，留有一定的余量，mos管的Id要选择大于输出电流峰值的，也得留有一定的余量，还有一些mos自身的一些参数也是比较重要的，如Rds(oN)和Idss，Rds(oN)是mos导通时DS间的内阻，在选型时Rds(oN)越小越好，他主要是决定mos的导通损耗；Idss是漏极和源极之间的泄漏电流，也就是mos管截止时，流过DS的电流，他主要是决定mos的截止损耗；还有很多细小的参数，在这里我也没有去深究，因为我手头上还有IRF540N的mosfet，就没有去再买mos了，该mos的Vds有100V、Id有35A，Rds(oN)较小只有30mΩ，Idss也较小只有1uA以满足本次设计的mos需求。

下图是我选用的mos

续流二极管的选型，主要看器件的反向击穿电压的额定值、峰值电流的额定值、正向导通电压、还有他的反向恢复时间。在这里我用的是同步buck芯片，就没用二极管去进行续流，用了一个mos去代替了二极管的续流作用。

同步buck和异步buck的区别在于电路结构和工作原理：

同步Buck：

同步Buck电路中，通过控制器同步地控制开关管和同步整流器（通常是一个MOSFET），以实现电压降低。
同步Buck电路通过在开关管关闭时打开同步整流器来降低开关管和同步整流器之间的导通损耗，从而提高整体效率。
由于同步整流器的存在，同步Buck电路通常比传统的异步Buck电路具有更高的转换效率，尤其是在高负载情况下。

异步Buck：

异步Buck电路通常只包含一个开关管和一个二极管作为输出整流器，不包含同步整流器。
在异步Buck电路中，二极管作为输出整流器，负责将电感释放的能量传递到负载，但它的导通压降会引起一定的功耗损失。
异步Buck电路的设计相对简单，成本较低，但在高负载条件下，由于二极管的导通压降，其效率可能略低于同步Buck电路。

效率： 同步Buck电路通常比异步Buck电路具有更高的转换效率，特别是在高负载情况下。

区别：
电路复杂性： 同步Buck电路相对复杂一些，因为需要控制器来同步地控制开关管和同步整流器。
成本： 异步Buck电路的设计相对简单，成本较低，而同步Buck电路的设计和制造成本可能稍高一些。

适用场景： 同步Buck电路通常更适用于对效率要求较高的应用场景，而异步Buck电路则更适用于对成本要求较低的应用场景。

在这里我还是选用IRF540N来作续流用。

下图为同步buck电路模型

输出电容的大小主要由输出电压的纹波要求决定的，可以通过Cout=D*Io/▲Vi*fsw算的，其中▲Vi是输入电压纹波、Io是输出电流、Fsw是开关频率，在这里我选用了一个4700uf/35V的电解电容。

4 电路设计

一脚REF5V 引脚端对地放置一个高频小容值旁路电容将减少 REF5V 端的高频噪声，高频旁路电容可选用1uF陶瓷电容，布板时尽可能靠近芯片引脚 REF5V 输入端。

二脚EN使能引脚，低于1.2V时，芯片进入待机，关闭5V输出，在这里我通过一个150k和15k的串联将输入的18V进行分压接入EN中，也就是接入1.6V到EN中。

三脚SD低电平允许PWM输出，在这里我们直接接地。

四脚SS软启动引脚，外接电容，电容电压上升速度影响软启动时间，这里外接了一个100pf的贴片电容电容作为起动缓冲。

五脚VSS芯片的信号地，这里接地就行了。

六脚CP工作频率控制引脚，公式为：f=(14.4*10^6)/Cp,电容的单位pf，在这里我接了一个220pf的贴片电容，频率也就是65Khz的样子。

七脚ERRO电压环路运放输出端口，在这里只需要接上一个电阻电容的串联到FB上即可。

八脚FB电压环路运放负极输入端口，这里就是把输出电压分压后与此引脚接上即可。此管脚在芯片内部连接这比较器，与Vref进行比较，如果FB脚电压低了，那就提高开关的占空比，高了就降低占空比，以此达到稳定电压的目的。

九脚SDLIN是低端mos管电流比较器输入端口，在这里该引脚串联一个100K到下管的D极。

十脚LO输出控制低端mos管的导通与截止，在这里LO接上15Ω与2Ω和4148串联的并联到下管的栅极上，这里电阻和二极管的作用是加快关断速度，但又不影响开通速度，可降低管子的功耗。

十一脚COM是芯片功率地，接地即可。

十二脚VCC是芯片电源，在这里我首先将输入电源串上75K电阻接入该引脚，再将输出端的12V串上一个电阻和4148接入该引脚，当电源输入时，18V通过75k电阻进入芯片，芯片瞬间开始工作，马上输出12V，之后就可以通过12V来给芯片供电，也可以一直用输入电源一直供电，该芯片电压范围10~20V。

十三脚SDHIN是高端mos管电流比较器输入端口，在这里该引脚串联一个10K到上管的S极。

十四脚VS是高端悬浮地，该引脚接上下管的D极上，再通过自举电容100nf接十五脚VB上。自举电容是利用电容两端电压不能突变的特性当电容两端保持有一定电压时，提高电容负端电压正端电压仍保持于负端的原始压差，等于正端的电压被负端举起来了。

十五脚VB是高端悬浮电源，通过自举电容二极管将该引脚电位抬高，保持与高端悬浮地的压差。

十六脚HO输出控制高端mos管的导通与截止，和十脚一样的接法。

根据上面的分析电路原理图设计出来了

PCB设计也尤为重要，该走大功率的线尽量大，控制mos开关的引脚走线要回路环路面积小，降低磁耦合，线不要去经过功率器件以减小电磁干扰。

最后还有buck电路的占空比是通过电感的伏秒平衡来求出的，电感的伏秒平衡就是在开关电源的稳态工作中，电感两端的电压在一个周期内积分为零，从而实现了电流增量和电流减少量在周期内的相等。

在这个电路中也就是在开关闭合时电感上面的电压为(Vi-Vo)*D,在开关断开时电感上的电压为-Vo*(1-D),这两式子加起来等于0，就可以求出D=Vo/Vi了。

因为这个板子已经做了好几个月了没有录测试视频，就只能上几张图片实物图片了

板子最后没测试到20A，最大测到15A是没得问题的。

以上是我个人的一些见解，如若不对望大佬指正。