一種Buck型DC?DC電源設(shè)計(jì)與仿真

徐志國(guó)

摘 要： Buck型DC?DC電源在現(xiàn)代便攜式電子系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，研究了Buck型變換器的工作原理，介紹了采用LM3150為電源芯片的BucK型DC?DC電源的設(shè)計(jì)。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具，選擇了合適的元件參數(shù)，實(shí)現(xiàn)效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)化。通過(guò)仿真表明該電源穩(wěn)定性好，轉(zhuǎn)換效率高，可以廣泛應(yīng)用于便攜設(shè)備中。

關(guān)鍵詞： LM3150； DC?DC； Buck； 優(yōu)化； 仿真

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）19?0150?03

Design and simulation of a buck?type DC?DC power supply

XU Zhi?guo

（Jingling Institute of Technology， Nanjing 211169， China）

Abstract： Buck DC?DC power supply is widely used in modern portable electronic system. The working principle of Buck converter is studied. Design of Buck type DC?DC switching power supply with LM3150 as the power chip is introduced. With the help of WEBENCH power supply design tools， the parameters suitable for the components were chosen， and efficiency， cost， size and switching frequency were optimized. The simulation shows that the power supply has good stability， high conversion efficiency， and can be widely used in portable devices.

Keywords： LM3150； DC?DC； Buck； optimization； simulation

0 引 言

現(xiàn)代便攜式電子系統(tǒng)中所用的芯片越來(lái)越多，各種各樣的芯片需要提供多種類(lèi)型的直流供電電壓和電流。便攜式系統(tǒng)的供電電源通常由電池提供，系統(tǒng)中多種芯片對(duì)電源的電壓、電流以及性能要求不同，芯片的增加同時(shí)也引起系統(tǒng)功耗的增加，選擇合適的芯片設(shè)計(jì)系統(tǒng)的DC?DC電源是電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中面臨的重要問(wèn)題。Buck型DC?DC電源電路是開(kāi)關(guān)電源電路其中一種，屬于降壓型電路，其作用是以PWM技術(shù)為主，通過(guò)改變脈沖的占空比調(diào)節(jié)輸出電壓到額定值后輸出給負(fù)載。借助TI的WEBENCH工具可以根據(jù)電壓和電流情況并考慮性能、功耗和體積等因素在眾多的電源芯片中選型并實(shí)現(xiàn)外圍器件參數(shù)的優(yōu)化。

1 Buck型DC?DC電路原理

Buck型DC?DC開(kāi)關(guān)電源電路的基本原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

Buck變換器主要包括：續(xù)流二極管D1，開(kāi)關(guān)管M1，電感[L1，]電容[C1]和反饋環(huán)路。如圖1所示，Buck變換器利用反饋環(huán)路進(jìn)行閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出電壓穩(wěn)定、滿(mǎn)足性能指標(biāo)的要求。具體的工作過(guò)程是：輸出電壓采樣與電壓基準(zhǔn)送到誤差放大器，其輸出與調(diào)制波進(jìn)行交截來(lái)控制占空比，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路輸出來(lái)控制開(kāi)關(guān)管M1的通斷，從而控制輸出電壓的穩(wěn)定，同時(shí)該電路還具有一定的抑制輸入和負(fù)載擾動(dòng)的能力。

2 LM3150簡(jiǎn)介

LM3150是一款適合便攜式應(yīng)用的降壓型DC?DC轉(zhuǎn)換器。6～42 V的寬工作輸入電壓范圍，輸出電壓最低可調(diào)至0.6 V，可調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1 MHz。LM3150控制器采用固定導(dǎo)通時(shí)間（COT）結(jié)構(gòu)，具有特快的瞬態(tài)響應(yīng)，無(wú)需外置環(huán)路補(bǔ)償，有助于減少外置元件數(shù)和降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性；可使用低等效串聯(lián)電阻（ESR）輸出電容器，從而降低了整體設(shè)計(jì)方案尺寸和輸出電壓紋波。LM3150采用eTSSOP?14封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 LM3150 Buck型DC?DC電源設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的重要參數(shù)是效率、體積和成本，這幾個(gè)方面不可能同時(shí)到達(dá)最優(yōu)，而與這些參數(shù)緊密相關(guān)的因素主要是：開(kāi)關(guān)頻率、電感、MOS管損耗。WEBENCH Design Environments 是一款獨(dú)特而強(qiáng)大的軟件工具，能在很短的幾秒內(nèi)提供定時(shí)照明、電源、時(shí)鐘、濾波等設(shè)計(jì)，WEBENCH簡(jiǎn)單易用的工具能幫助用戶(hù)創(chuàng)建、模擬并優(yōu)化符合獨(dú)特規(guī)格的設(shè)計(jì)。借助于WEBENCH軟件可以完成LM3150 Buck型DC?DC電源芯片外圍電路的優(yōu)化選擇。

基于LM3150設(shè)計(jì)的Buck型DC?DC電源電路如圖3所示。該電路能在輸入直流電壓范圍為10～15 V， 輸出3.3 V，負(fù)載電流1 A，效率優(yōu)化并可達(dá)到90%以上。

3.1 Buck變換器的效率

Buck變換器的轉(zhuǎn)換效率主要和開(kāi)關(guān)元件M1及二極管D1的功耗有關(guān)， M1和D1的功耗主要分為兩部分：M1和D1處于穩(wěn)定導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)正向?qū)▔航诞a(chǎn)生的功耗即穩(wěn)態(tài)功耗[PD；]M1在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的功耗，稱(chēng)為瞬時(shí)功耗[PA。]在開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管MOS管的開(kāi)關(guān)損耗最大，假設(shè)[Ton=Toff=T1，]則一個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)元件M1瞬時(shí)消耗的能量為：

[EA=20T1i（t）?v（t）dt=20T1IoTontVin1-tTondt=13VinIoT1] （1）

則一個(gè)周期內(nèi)M1瞬時(shí)功耗為：

[PA=EAT=13TVinIoT1] （2）

因此， Buck變換器的效率為：

[ηA=PoPo+PD+PA=VoIoVoIo+1×Io+13TVinIoT1=VoVo+1+13TVinT1] （3）

從效率表達(dá)式可看出，Buck變換器的效率與開(kāi)關(guān)的工作頻率有關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率越高，M1的瞬態(tài)功耗就越大，效率也就越低。同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)元件M1功耗增加，需要較大管芯面積來(lái)降低M1的工作溫度。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具可以對(duì)DC?DC電源電路設(shè)計(jì)的效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行優(yōu)化，如表1所示是WEBENCH對(duì)LM3150應(yīng)用電路在最高效率、最小面積和中間方案的對(duì)比結(jié)果。

如表1所示，效率最高的方案的開(kāi)關(guān)頻率最低但占用面積最多，最小面積方案效率最低但開(kāi)關(guān)頻率最高，本設(shè)計(jì)選擇中間方案，面積和效率均折中。

3.2 Buck變換器電感的選擇

電感在開(kāi)關(guān)電源中擔(dān)任儲(chǔ)能元件的角色，選擇Buck變換器電感的主要依據(jù)是變換器輸出電流的大小。設(shè)Buck變換器的最大額定輸出電流為[Iomax，]最小額定輸出電流為[Iomin。]當(dāng)Buck變換器工作在CCM模式（Continuous Conduction Mode，電感電流連續(xù)工作模式）時(shí)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[Ton]為：

[Ton=VoVin1f] （4）

式中：[f]為開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)輸出電壓[Vo，]輸入電壓[Vin]和開(kāi)關(guān)頻率[f]不變時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間[Ton]保持不變。CCM模式時(shí)的最小輸出電流為：

[Iomin=12Δi] （5）

又因?yàn)殡姼须娏鞯脑隽繛椋?/p>

[ΔiL1=0TonVin-VoL1dt=Vin-VoL1Ton] （6）

聯(lián)立式（4）～式（6）得Buck變換器電感值為：

[L1=Vin-Vo2Iomin?VoVin?1f=Vin-VoVo2IominVinf] （7）

由表達(dá)式可見(jiàn)Buck變換器的電感值和開(kāi)關(guān)頻率成反比，充電時(shí)電感將電流轉(zhuǎn)換為電磁能，放電時(shí)將電磁能轉(zhuǎn)換為電流，升高開(kāi)關(guān)頻率可以有效地降低電感的體積，但開(kāi)關(guān)頻率又不能太高，否則電感磁芯的高頻損耗將增大。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具得到與表1的三種方案對(duì)應(yīng)的三種不同的電感，如表2所示。

由表1和表2的對(duì)比可得，最小面積方案的開(kāi)關(guān)頻率最高，因此得到的電感量較低，直流電阻也較??；最高效率方案的開(kāi)關(guān)頻率最低，因此電感值最大，電感的直流電阻最小，功率損耗也最小，但因開(kāi)關(guān)頻率低導(dǎo)致電感占用面積最大，成本也最高。本設(shè)計(jì)選擇中間方案，開(kāi)關(guān)頻率為320 kHz，對(duì)應(yīng)的電感值為18 μH，電感的直流電阻、面積和功率損耗等參數(shù)較適中。

4 仿真與測(cè)試

經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇中間方案，運(yùn)用WEBENCH軟件對(duì)LM3150 Buck型DC?DC電路進(jìn)行仿真，仿真圖如圖4所示。

電感損耗波形如圖5所示，橫向是輸出電流，縱向是損耗功率，三種顏色表示不同的輸入電壓。電感是無(wú)源元件，功率電感一般是帶磁性的線(xiàn)圈，因此電感存在電流損耗和磁損耗。磁損耗與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，不隨輸入電壓變化，線(xiàn)圈的電流損耗與電流成正比，因此圖中電感損耗三條曲線(xiàn)重疊在一起。

輸出效率隨電流及輸入電壓[Vin]的變化如圖6所示，圖中[x]軸是輸出電流，[y]軸是電源的總效率，圖中3條曲線(xiàn)分別是10 V，12.5 V和15 V三個(gè)輸入電壓下的仿真結(jié)果。從圖中可看出電源效率隨輸入電壓增加總體下降。

測(cè)試及仿真結(jié)果表明，基于LM3150設(shè)計(jì)的Buck型開(kāi)關(guān)電源電路能夠得到穩(wěn)定的3.3 V電壓，輸出電流2 A，電源效率可以達(dá)到93%以上，滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)Buck型DC?DC開(kāi)關(guān)電源電路的基本原理的分析，借助于TI的WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具完成基于LM3150 Buck型DC?DC電路的外圍元件的參數(shù)選擇，實(shí)現(xiàn)效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)化選擇。通過(guò)仿真表明該電源轉(zhuǎn)換效率高、帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于便攜設(shè)備中。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡國(guó)棟.德州儀器高性能模擬器件高校應(yīng)用指南：信號(hào)鏈與電源[M].上海：德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)（上海）有限公司，2013.

[2] 楊思捷.基于LM2575 降壓型DC/DC 電源的設(shè)計(jì)[J].綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，31（5）：28?31.

[3] 陳亞愛(ài).開(kāi)關(guān)變換器的實(shí)用仿真與測(cè)試技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[4] 林國(guó)漢.一種新型高效率BOOST變換器的設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2008，25（3）：39?41.

[5] 楊恒.開(kāi)關(guān)電源典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[6] 江超，聞長(zhǎng)江，王雨曦，等.一種基于TL494 Boost型DC?DC電源設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2009，26（4）：39?41.

[7] 周習(xí)祥，楊賽良. Buck DC/DC變換器最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010（5）：168?171.

[8] 楊亞澤，余明楊.Buck變換器的建模和仿真研究[J].大眾科技，2010（6）：37?38.

[9] 葛茂艷，謝利理，吳喜華.非理想Buck變換器的建模及仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010（4）：333?354.

[10] 朱念.Buck型直流變換器的研究及其仿真[J].中國(guó)西部科技，2009（29）：22?23.

因此， Buck變換器的效率為：

[ηA=PoPo+PD+PA=VoIoVoIo+1×Io+13TVinIoT1=VoVo+1+13TVinT1] （3）

從效率表達(dá)式可看出，Buck變換器的效率與開(kāi)關(guān)的工作頻率有關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率越高，M1的瞬態(tài)功耗就越大，效率也就越低。同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)元件M1功耗增加，需要較大管芯面積來(lái)降低M1的工作溫度。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具可以對(duì)DC?DC電源電路設(shè)計(jì)的效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行優(yōu)化，如表1所示是WEBENCH對(duì)LM3150應(yīng)用電路在最高效率、最小面積和中間方案的對(duì)比結(jié)果。

如表1所示，效率最高的方案的開(kāi)關(guān)頻率最低但占用面積最多，最小面積方案效率最低但開(kāi)關(guān)頻率最高，本設(shè)計(jì)選擇中間方案，面積和效率均折中。

3.2 Buck變換器電感的選擇

電感在開(kāi)關(guān)電源中擔(dān)任儲(chǔ)能元件的角色，選擇Buck變換器電感的主要依據(jù)是變換器輸出電流的大小。設(shè)Buck變換器的最大額定輸出電流為[Iomax，]最小額定輸出電流為[Iomin。]當(dāng)Buck變換器工作在CCM模式（Continuous Conduction Mode，電感電流連續(xù)工作模式）時(shí)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[Ton]為：

[Ton=VoVin1f] （4）

式中：[f]為開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)輸出電壓[Vo，]輸入電壓[Vin]和開(kāi)關(guān)頻率[f]不變時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間[Ton]保持不變。CCM模式時(shí)的最小輸出電流為：

[Iomin=12Δi] （5）

又因?yàn)殡姼须娏鞯脑隽繛椋?/p>

[ΔiL1=0TonVin-VoL1dt=Vin-VoL1Ton] （6）

聯(lián)立式（4）～式（6）得Buck變換器電感值為：

[L1=Vin-Vo2Iomin?VoVin?1f=Vin-VoVo2IominVinf] （7）

由表達(dá)式可見(jiàn)Buck變換器的電感值和開(kāi)關(guān)頻率成反比，充電時(shí)電感將電流轉(zhuǎn)換為電磁能，放電時(shí)將電磁能轉(zhuǎn)換為電流，升高開(kāi)關(guān)頻率可以有效地降低電感的體積，但開(kāi)關(guān)頻率又不能太高，否則電感磁芯的高頻損耗將增大。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具得到與表1的三種方案對(duì)應(yīng)的三種不同的電感，如表2所示。

由表1和表2的對(duì)比可得，最小面積方案的開(kāi)關(guān)頻率最高，因此得到的電感量較低，直流電阻也較??；最高效率方案的開(kāi)關(guān)頻率最低，因此電感值最大，電感的直流電阻最小，功率損耗也最小，但因開(kāi)關(guān)頻率低導(dǎo)致電感占用面積最大，成本也最高。本設(shè)計(jì)選擇中間方案，開(kāi)關(guān)頻率為320 kHz，對(duì)應(yīng)的電感值為18 μH，電感的直流電阻、面積和功率損耗等參數(shù)較適中。

4 仿真與測(cè)試

經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇中間方案，運(yùn)用WEBENCH軟件對(duì)LM3150 Buck型DC?DC電路進(jìn)行仿真，仿真圖如圖4所示。

電感損耗波形如圖5所示，橫向是輸出電流，縱向是損耗功率，三種顏色表示不同的輸入電壓。電感是無(wú)源元件，功率電感一般是帶磁性的線(xiàn)圈，因此電感存在電流損耗和磁損耗。磁損耗與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，不隨輸入電壓變化，線(xiàn)圈的電流損耗與電流成正比，因此圖中電感損耗三條曲線(xiàn)重疊在一起。

輸出效率隨電流及輸入電壓[Vin]的變化如圖6所示，圖中[x]軸是輸出電流，[y]軸是電源的總效率，圖中3條曲線(xiàn)分別是10 V，12.5 V和15 V三個(gè)輸入電壓下的仿真結(jié)果。從圖中可看出電源效率隨輸入電壓增加總體下降。

測(cè)試及仿真結(jié)果表明，基于LM3150設(shè)計(jì)的Buck型開(kāi)關(guān)電源電路能夠得到穩(wěn)定的3.3 V電壓，輸出電流2 A，電源效率可以達(dá)到93%以上，滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)Buck型DC?DC開(kāi)關(guān)電源電路的基本原理的分析，借助于TI的WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具完成基于LM3150 Buck型DC?DC電路的外圍元件的參數(shù)選擇，實(shí)現(xiàn)效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)化選擇。通過(guò)仿真表明該電源轉(zhuǎn)換效率高、帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于便攜設(shè)備中。

參考文獻(xiàn)

[1] 胡國(guó)棟.德州儀器高性能模擬器件高校應(yīng)用指南：信號(hào)鏈與電源[M].上海：德州儀器半導(dǎo)體技術(shù)（上海）有限公司，2013.

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[4] 林國(guó)漢.一種新型高效率BOOST變換器的設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2008，25（3）：39?41.

[5] 楊恒.開(kāi)關(guān)電源典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

[6] 江超，聞長(zhǎng)江，王雨曦，等.一種基于TL494 Boost型DC?DC電源設(shè)計(jì)[J].通信電源技術(shù)，2009，26（4）：39?41.

[7] 周習(xí)祥，楊賽良. Buck DC/DC變換器最優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程，2010（5）：168?171.

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[9] 葛茂艷，謝利理，吳喜華.非理想Buck變換器的建模及仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2010（4）：333?354.

[10] 朱念.Buck型直流變換器的研究及其仿真[J].中國(guó)西部科技，2009（29）：22?23.

因此， Buck變換器的效率為：

[ηA=PoPo+PD+PA=VoIoVoIo+1×Io+13TVinIoT1=VoVo+1+13TVinT1] （3）

從效率表達(dá)式可看出，Buck變換器的效率與開(kāi)關(guān)的工作頻率有關(guān)，開(kāi)關(guān)頻率越高，M1的瞬態(tài)功耗就越大，效率也就越低。同時(shí)，由于開(kāi)關(guān)元件M1功耗增加，需要較大管芯面積來(lái)降低M1的工作溫度。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具可以對(duì)DC?DC電源電路設(shè)計(jì)的效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行優(yōu)化，如表1所示是WEBENCH對(duì)LM3150應(yīng)用電路在最高效率、最小面積和中間方案的對(duì)比結(jié)果。

如表1所示，效率最高的方案的開(kāi)關(guān)頻率最低但占用面積最多，最小面積方案效率最低但開(kāi)關(guān)頻率最高，本設(shè)計(jì)選擇中間方案，面積和效率均折中。

3.2 Buck變換器電感的選擇

電感在開(kāi)關(guān)電源中擔(dān)任儲(chǔ)能元件的角色，選擇Buck變換器電感的主要依據(jù)是變換器輸出電流的大小。設(shè)Buck變換器的最大額定輸出電流為[Iomax，]最小額定輸出電流為[Iomin。]當(dāng)Buck變換器工作在CCM模式（Continuous Conduction Mode，電感電流連續(xù)工作模式）時(shí)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間[Ton]為：

[Ton=VoVin1f] （4）

式中：[f]為開(kāi)關(guān)頻率。當(dāng)輸出電壓[Vo，]輸入電壓[Vin]和開(kāi)關(guān)頻率[f]不變時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間[Ton]保持不變。CCM模式時(shí)的最小輸出電流為：

[Iomin=12Δi] （5）

又因?yàn)殡姼须娏鞯脑隽繛椋?/p>

[ΔiL1=0TonVin-VoL1dt=Vin-VoL1Ton] （6）

聯(lián)立式（4）～式（6）得Buck變換器電感值為：

[L1=Vin-Vo2Iomin?VoVin?1f=Vin-VoVo2IominVinf] （7）

由表達(dá)式可見(jiàn)Buck變換器的電感值和開(kāi)關(guān)頻率成反比，充電時(shí)電感將電流轉(zhuǎn)換為電磁能，放電時(shí)將電磁能轉(zhuǎn)換為電流，升高開(kāi)關(guān)頻率可以有效地降低電感的體積，但開(kāi)關(guān)頻率又不能太高，否則電感磁芯的高頻損耗將增大。借助于WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具得到與表1的三種方案對(duì)應(yīng)的三種不同的電感，如表2所示。

由表1和表2的對(duì)比可得，最小面積方案的開(kāi)關(guān)頻率最高，因此得到的電感量較低，直流電阻也較小；最高效率方案的開(kāi)關(guān)頻率最低，因此電感值最大，電感的直流電阻最小，功率損耗也最小，但因開(kāi)關(guān)頻率低導(dǎo)致電感占用面積最大，成本也最高。本設(shè)計(jì)選擇中間方案，開(kāi)關(guān)頻率為320 kHz，對(duì)應(yīng)的電感值為18 μH，電感的直流電阻、面積和功率損耗等參數(shù)較適中。

4 仿真與測(cè)試

經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇中間方案，運(yùn)用WEBENCH軟件對(duì)LM3150 Buck型DC?DC電路進(jìn)行仿真，仿真圖如圖4所示。

電感損耗波形如圖5所示，橫向是輸出電流，縱向是損耗功率，三種顏色表示不同的輸入電壓。電感是無(wú)源元件，功率電感一般是帶磁性的線(xiàn)圈，因此電感存在電流損耗和磁損耗。磁損耗與開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，不隨輸入電壓變化，線(xiàn)圈的電流損耗與電流成正比，因此圖中電感損耗三條曲線(xiàn)重疊在一起。

輸出效率隨電流及輸入電壓[Vin]的變化如圖6所示，圖中[x]軸是輸出電流，[y]軸是電源的總效率，圖中3條曲線(xiàn)分別是10 V，12.5 V和15 V三個(gè)輸入電壓下的仿真結(jié)果。從圖中可看出電源效率隨輸入電壓增加總體下降。

測(cè)試及仿真結(jié)果表明，基于LM3150設(shè)計(jì)的Buck型開(kāi)關(guān)電源電路能夠得到穩(wěn)定的3.3 V電壓，輸出電流2 A，電源效率可以達(dá)到93%以上，滿(mǎn)足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)Buck型DC?DC開(kāi)關(guān)電源電路的基本原理的分析，借助于TI的WEBENCH電源設(shè)計(jì)工具完成基于LM3150 Buck型DC?DC電路的外圍元件的參數(shù)選擇，實(shí)現(xiàn)效率、成本、面積和開(kāi)關(guān)頻率的優(yōu)化選擇。通過(guò)仿真表明該電源轉(zhuǎn)換效率高、帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于便攜設(shè)備中。

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