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今天来聊下DCDC电路电流输出能力问题。

先抛一个问题：为什么有时候我们实测DCDC电路的实际电流输出能力，并不是DCDC芯片手册标称的值？

以上面图片为例子，TPS54302芯片标注输出能力是3A，如果我们实际去测试的话，可能会发现，即使超过3A一点，芯片也能正常输出。这里我们可能就有个问题，这个3A的输出能力到底是怎么来的呢？芯片到底是怎么知道自己的电流是否超过限制的呢？

这就不得不提到DCDC芯片的峰值电流限值和谷值电流限值。

峰值电流限值和谷值电流限值

什么是峰值电流限值和谷值电流限值呢？

还是以Ti的TPS54302为例子，峰值电流限值和谷值电流限制如下图所示：

如何理解这两个值呢？这就必须对DCDC的原理图有足够的了解。对于buck来说：

a、当上开关管导通的时候，下管不导通，电感电流从上管流过，并且线性上升。

b、当上开关管不导通的时候，下管导通导通，电感电流从下管流过，并且线性下降。

整体如下图所示

了解了DCDC工作时电感电流的波形，我们结合TI的芯片TPS54302来进行说明，原规格书解释如下：

高边MOSFET过流保护：器件采用电流模式控制，通过内部COMP 电压逐周期控制高端 MOSFET 关断和低端 MOSFET 导通。每个周期内，开关电流与内部COMP 电压生成的电流基准进行比较，当峰值开关电流达到电流基准时，高边开关关断。

低边MOSFET过流保护：低边 MOSFET 导通时，其电流由内部电路监控。正常工作时，低边 MOSFET 向负载提供电流。每个时钟周期结束时，低边 MOSFET 的源极电流与内部设定的低端源极电流限制进行比较。若电感谷值电流超过低端源极电流限制，高边 MOSFET 不导通，低边 MOSFET 在下一周期保持导通；当周期开始时电感谷值电流低于低端源极电流限制，高边 MOSFET 恢复导通。

我们TPS54302从手册中也可以看到２个电流检测环的示意图：

现在我们搞清楚了电感峰值电流限值和谷值电流限值的意义，那么如何用呢？下面详细介绍下

如何利用峰值和谷值限值来评估DCDC的输出能力是否满足需求

很简单，我们只要算出电感电流的峰值和谷值大小就行了，然后它们都要小于对应的限值，示意图如下所示：

由上图可知，输出电流必须满足上面两个条件，如果我们仔细观察，会发现，满足的条件不仅和峰值电流限值ILIM_HS，谷值电流限值ILIM_LS相关，还和电感的纹波电流相关。而电感的纹波电流与输入电压Vin，输出电压Vout，电感值L，开关频率fpwm都相关。这也就是说，DCDC的实际输出能力Iout也和Vin，Vout，L，fpwm相关。

综上，也就解释了开篇的问题：为什么我们实测DCDC电路的实际电流输出能力，并不是DCDC芯片手册标称的值？

这是因为实际输出能力Iout和Vin，Vout，L，fpwm都是相关的，跟我们实际电路设计相关。

其次还需要注意一点，通常DCDC芯片的电流检测精度并不高，导致峰值电流限值和谷值电流限值通常是一个比较大的范围，也就是说不同芯片个体实际限流值不一样，一致性并不怎么好，这也就导致可能会出现不同的板子测试的结果都有一定的差异。

以TPS54302为例，其限值范围是：峰值电流限值范围是4~5.9A，谷值电流限值范围是3.1A~5.5A

DCDC电流输出能力评估举例

为了更好的理解这一点，我们举一个例子，我们用TPS54302设计一个5V输出的DCDC，已知条件如下：

输入电压Vin=20V

输出电压Vout=5V

芯片开关频率Fpwm=400Khz

电感值L=10uH

峰值电流限值ILIM_HS=4~5.9A

谷值电流限值ILIM_LS=3.1~5.5A

按照上面说的方法，可以计算得Iout的电流范围为：3.53A~5.43A。也就是说，如果我们实际拿着单板测试，可以测到这个电路的最大电流处于3.53A~5.43A之间，并不是规格书标称的3A，实际要比它大一些。

当然，需要注意，这只是从芯片是否过流这一点来说的，电路是否能够持续工作，我们通常其它因素，比如温升，电感的感值误差范围，芯片开关频率范围等等因素。

其次，同样3A输出的DCDC，不同型号，品牌的限流值范围还是比较大的，如果说我们对于这个最大输出能力要求比较高，当感觉有超限值的风险的时候，最好还是实际计算看一看范围，不是笼统的降额70%或者80%就认为没有风险。我相信，明白了上面的原理，实际工作中，针对具体的场景，该怎么设计，到底有没有风险或者过设计，应该就有自己的判断。

举例2-MP9943

同样是3A的DCDC，我们看另外一个型号MPS的MP9943。

这款DCDC芯片又有点不一样，它的限流参数只有一行，并没有分峰值电流限值还是谷值电流限值，那又是怎么一回事呢？

这个其实跟DCDC内部结构有关系，不同芯片的电流测量方式不同，MP9943其实测的是上管的电流，它没有测试下管的电流，如下图所示：

我们知道，峰值电流限值，其实就是检测的上管的电流，所以，我们只需要把它当作峰值电流限值就行了，至于谷值电流限值，它没有检测，所以我们也不用考虑。

同样按照上面的公式，当输入参数就变成了以下这些：

输入电压Vin=20V

输出电压Vout=5V

芯片开关频率Fpwm=410Khz

电感值L=10uH

峰值电流限值ILIM_HS=3.2~5.5A

谷值电流限值ILIM_LS 没有检测，没有限制

可以看到，Iout的电流范围是2.74A~5.04A，比TI的要小一些，下限值其实没有到标注的3A。

小结

文章从DCDC 芯片限流原理，解释了为什么我们实际测试DCDC的最大输出能力，通常并不与规格书标准的值完全吻合。

我们在实际设计电路的时候，如果有的场景会出现短暂的大电流（比如电机启动），担心可能会除非DCDC过流保护，可以按照上面的方式进行理论计算评估风险。

资料下载

计算的EXCEL表格和两个DCDC芯片规格书放置到了网盘，关注我的微信公众号“硬件工程师炼成之路”，在我的微信公众号后台回复“炼成之路Pro”，就可以得到下载链接了。

参考文档：

https://www.ti.com/lit/an/snva736/snva736.pdf

https://www.ti.com/lit/ta/sszt694/sszt694.pdf

https://www.ti.com/lit/an/snva604/snva604.pdf

https://www.onsemi.com/download/application-notes/pdf/and8117-d.pdf

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