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01  / 背景簡述 /

表 1 TPS54561DPRT參考電路實例的設計需求

圖 1 BUCK轉換器的詳細設計流程

參考[ 從0到1設計BUCK(3) | BUCK降壓電路芯片選型實戰指南 ]，我們選擇的非同步BUCK轉換器芯片為TPS54561DPRT。

參考[ 從0到1設計BUCK(1) | BUCK設計流程，從需求定義到PCB布局的九大核心步驟 ]，圖 0.1所示，在確定了BUCK芯片后，首先需要根據芯片特性進行開關頻率配置，因為開關頻率是開關電源中總領全局的參數，相當于一顆大樹的樹干。

圖 2 TPS54561DPRT電路設計實例

圖 2所示，這就是我們后續將要設計完成的TPS54561DPRT電路設計實例。

02  / TPS54561DPRT RT/CLK引腳 /

2.1 恒定的開關頻率和定時電阻RT/CLK引腳

圖 3 TPS54561DPRT芯片RT/CLK引腳

圖 3所示，TPS54561DPRT芯片RT/CLK引腳用于配置開關頻率或者同步外部時鐘頻率。

通過在RT/CLK引腳和GND引腳之間放置一個電阻，TPS54561的開關頻率可以在100kHz到2500kHz的大范圍內調節。RT/CLK引腳的電壓通常為0.5V，必須有一個電阻到地才能設置開關頻率。

要確定給定開關頻率的定時電阻，可使用公式10或公式11或圖 4曲線。

圖 4 TPS54561DPRT芯片開關頻率配置曲線

與以較低頻率開關的電源相比，高開關頻率允許使用低值電感器和較小的輸出電容（整體的解決方案更小），但應考慮轉換效率、最大輸入電壓和最小可控接通時間的權衡。

可以選擇的開關頻率受內部電源開關的最小導通時間、輸入電壓、輸出電壓和頻率折返保護的限制。

參考文章[ 開關頻率大小的限制因素是什么？ ][ 占空比大小的限制因素是什么？ ]…

2.2 最大開關頻率

為了在較高的開關頻率和輸入電壓下保護轉換器的過載狀況，TPS54561實現了頻率折返。當FB引腳電壓從0.8 V下降到0 V時，振蕩器頻率被除以1、2、4和8。

當輸出電壓被短路的負載強制降低時，電感電流在開關關閉時間內緩慢下降。頻率折返通過（降低開關頻率）增加開關周期有效地增加了關斷時間，為電感電流提供了更多的時間來下降。

在最大頻率折返比為8的情況下，有一個最大頻率，電感電流可以通過頻率折返保護來控制。

公式12計算了由最小可控接通時間和輸入輸出降壓比設定的最大開關頻率限制。將開關頻率設置在該值以上將導致調節器跳過開關脈沖，以實現在最大輸入電壓下調節輸出所需的低占空比。

公式13計算了最大的開關頻率，當VOUT被強制到VOUT(SC)時，電感電流將保持在控制范圍內。選擇的工作頻率不應超過公式12和公式13的計算值。

03 / 配置開關頻率 /

應使用公式12和公式13來計算穩壓器的開關頻率上限。從這兩個公式中選擇較低的值結果。開關頻率高于這些值會導致脈沖跳過或在短路時缺乏過電流保護。

在表 1“設計需求”中，輸出電壓為5V，最大輸入電壓為60V，最大負載電流為5A。假設續流二極管電壓為0.7V，功率電感的直流電阻為11mΩ，高邊開關的導通電阻為87mΩ，電流極限值為6A，短路輸出電壓為0.1V。

注：此時，續流二極管、功率電感和高邊開關MOSFET還未選型，續流二極管電壓為0.7V、功率電感的直流電阻為11mΩ、高邊開關的導通電阻為87mΩ相當于是期望值。

TPS54561DPRT芯片最小可控導通時間通常為135ns，這限制了在高輸入輸出降壓比的應用中的最大工作頻率，通過公式12計算，結果是公式28，708kHz。

最大開關頻率也受到頻率折返電路的限制，通過公式13計算，結果是公式29，855kHz。

此例選擇較低的開關頻率400 kHz，以便在計算出的最大值以下舒適地運行，通過公式11計算對應的配置電阻值，結果是公式30，242kΩ，最接近標準值的電阻是243 kΩ。

04 / 小結 /

這里需要說明的是，不同的開關電源芯片開關頻率配置所使用的技術不同，需要參考具體芯片規格書。參考文章[ 5.5 開關頻率配置 ]，其中另有LM5088MHX-2/NOPB、LTC3707EGN-SYNC#PBF和ADP3020ARU三個芯片開關頻率配置的實例。