客戶在選中RT8471之后打電話給我，問我在設計上要注意什么問題。是啊，要注意什么呢？我的腦子迅速開始搜集信息：RT8471，峰峰值滯回式控制方式，Buck架構，36V最高輸入電壓。客戶的負載是25V300mA，輸入電壓則可以任意設定。Buck架構的輸入電壓一定要高于負載電壓，但是如果高得太多以至于接近最高輸入電壓界限，那就可能帶來安全問題；如果輸入電壓太低以至于接近輸出電壓，在遇到某些串電壓比較高的LED時，就有可能出現驅動電壓不足的情況，負載不能得到足夠的電流供應。折中以后，我建議的輸入電壓是在30V左右。

第二個要考慮的參數是電感量，這在滯回式控制電路中是一個非常重要的參數，因為最后電路的工作頻率就是由它決定的。

由上面的電路圖可以看到決定負載電流的電阻RS位于VIN和SENSE端子之間，流過電感L的電流也會同樣流過它。在IC內部開關導通期間，電流經路徑 VIN→RS→LED//C→L→內部開關→GND→供電源→VIN流動，此期間電感電流線性增加。電流在RS上形成電壓，當IC內部電路檢測到RS上的電壓高于閾值電壓15%時，內部開關截止，電感電流和電源之間的回路被截斷。開關斷開以后，電感電流仍然需要繼續流動，電感上就會激發出與電流方向相反的電壓使二極管D導通，新的電流回路得以形成：VIN→RS→LED//C→L→D→VIN，但電感電流也因相反電壓的存在而下降。當IC內部的電路檢測到RS上的電壓低于閾值電壓15%時，內部開關將重新打開，新的周期又開始了。由于電感電流的峰值和谷值的中間值即為其平均值，所以電感電流的平均值是由RS的大小和其上的閾值電壓決定的。RS由用戶選定，閾值電壓則由規格書定義：

實際上，IC內部不需要設定閾值電壓，它只需要設定峰值和谷值，閾值電壓就是這兩個值的平均值。看到這里，讀者需要注意的是，現實中有很多采用滯回式控制方式的IC是不會設定兩個峰值的，它們采用另外一種做法：只檢測電流峰值，在看到峰值以后將開關關閉，后面的事情自動進行，在等待一段固定的時間以后重啟開關導通過程即可。這樣做的好處是電路簡單，檢測電路可以不用見到高電壓，但壞處就是它不知道自動運行的結果會怎樣。

上述電路中有兩個電流回路，電流流過回路中除電源外的每一個元件時都會有電壓損失，只有最后落在電感上的電壓才會決定電流變化的速度。由變化速度加上變化量，這就可以導出時間：電流上升時間和下降時間，由此我們可以得到周期，再由周期的倒數給出最后的工作頻率。有了工作頻率，我們可以從規格書中得到計算電感量的公式：

要進行電感量計算，你不需要像我說的那樣去一項項的推導，你只需決定自己的工作頻率即可。上述公式中的各個項目的定義很容易理解，請在需要時自己查查規格書，我不在這里細說了。

要自己決定工作頻率，這是選擇滯回式控制架構以后必須要做的工作。工作頻率太高，容易造成不易處理的射頻干擾問題，開關損耗造成的發熱問題也很難辦。工作頻率太低，必然造成電感量太大，體積、損耗也會相應增加，一樣也會造成熱問題。所以，最后的選擇一定是一個折中的結果，多少合適呢？我頭腦中冒出來的數據是400kHz~500kHz，這大概是一個比較好的選擇。

電感選擇還有兩個方面比較重要：第一，所選電感必須能承擔電路中可能流過的最大電流而不至于飽和，即使在最高工作溫度下也必須保證這一點。第二，考慮可能存在的磁場外泄問題。便宜的工字形電感抗飽和能力高，但其磁場直接從空氣中經過，在某些場合可能是不適當的選擇。

如果沒有輸出電容存在，流過LED的電流就和流過電感的電流一樣是個三角鋸齒波，像下圖中VADJ 處于高電壓期間的IOUT波形那樣。

變化的電流流過LED，LED的光輸出就是變化的。在電流較高期間，LED電壓增高，發光效率下降，這是一個不好的狀態。通過將電容和LED并聯可以將電壓平滑下來，流過LED的電流也相應得到平滑。RT8471的規格書沒有給出輸出電容的計算公式，但由于原理相同，我們可以將RT8477規格書中的計算公式拿來用：

變化頻率為f、紋波為ΔIL的電感電流流過容量為COUT 、等效串聯電阻為ESR的電容時形成的電壓紋波為ΔVOUT，此變化的電壓在LED上形成變化的電流，也就是LED的電流紋波，你需要在LED的規格書中查出與之對應的電流紋波的大小。但你的設計過程一定是與此相反的，所以你需要根據擬定的電流紋波規格逆向推導出所需電容的最后規格。如果不做這種推導，那就只能采用實驗方法來確定了。

續流二極管的選型就不能采用實驗法進行挑選了。電流通過能力還好辦，大多數二極管都可以承受超過其額定值很多倍的脈沖電流，短時間使用沒有問題，長期使用仍然要考慮到可靠性問題，所選器件應該具有完全的承受能力。但反向耐壓就不能靠實驗挑選了，你必須選擇耐壓能力超出電路中最高電壓的器件。續流二極管的類型自然應該是肖特基二極管，因為它的響應速度很快，可以快速導通和關斷，符合開關應用的需求。綜合下來，此項應用中的續流二極管應該是耐壓高于40V的0.5A以上的肖特基二極管。

RT8471共有三種封裝形式，它們在25℃環境溫度下、在標準測試板上的最大功率耗散能力和熱阻數據如下：

這些數據必須在設計中被尊重和利用，同時還要按照實際的使用環境溫度考慮降額使用問題，這在規格書的Thermal Considerations部分進行了說明：

但是實際工作條件下的IC功耗到底有多大呢？這可以被分為三個部分進行考慮：IC自身耗電形成的功耗，內部開關的導通損耗和切換損耗。

關于IC的自身耗電，規格書給出了下述數據：

靜態情況下的耗電為450μA，以250kHz頻率工作時，耗電增加到1000μA，新增的550μA大多是因驅動內部開關而造成，它是與工作頻率成比例的。由此可以推知，若以500kHz頻率工作，耗電還將增加550μA，最后的耗電是1550μA，由此形成的功耗為30Vx1.55mA=46.5mW。

輸入電壓為30V，負載電壓為25V，占空比為25/30=0.833……，流過開關的平均電流為300mA，規格書給出的開關導通電阻為0.35Ω，由此形成的導通損耗是(0.3^2)x0.35x25/30=0.02625W=26.25mW。

開關切換過程所形成的功耗和開關速度有關，這個數據是多少呢？要測量開關時間才能知道。我好不容易才找到一塊已經做好的由RT8482和RT8470組成的MR16 LED驅動器板子，將板上的RT8470取下來，換上RT8471，終于取得下述測試波形：

利用示波器的測量功能測得RT8471內部開關的關斷過程平均耗時19.02ns（對應LX波形的上升時間），導通過程平均耗時23.92ns（對應LX波形的下降時間）。

在內部開關的導通過程中，開關電流從0上升到電感電流最小值 IL_min，開關上承受的電壓從高于輸入電壓VIN下降到接近0；在內部開關的關斷過程中，開關電流從電感電流最大值 IL_max下降到0，開關上承受的電壓從接近0上升至高于輸入電壓VIN。為了簡化計算，我們假設電流在開關通斷過程中的變化是線性的，于是可以這樣來計算每一個工作周期里的開關過程所消耗的電能：
(23.92+19.02)x10^(-9)x(0.5x IL_min x0.5xVIN + 0.5xIL_max x 0.5 x VIN)
=42.94x10^(-9)x0.5x VIN x0.5(IL_min +IL_max )
=21.47x10^(-9)x VIN xIOUT 。
已設定工作頻率為500kHz，VIN=30V，IOUT =300mA，
故每秒鐘里的所有開關過程所消耗的電能也即功率為
21.47x10^(-9) x 30 x 0.3 x 500x10^3
=96.615x10^(-3)W

=96.615mW。

到此，我們可以求得RT8471在30V輸入下以500kHz頻率驅動300mA LED負載的功率損耗為46.5mW+26.25mW+96.615mW=169.365mW。

如果我們在前文述及的封裝降額使用圖上縱坐標為169.365mW的地方劃一條水平線與降額曲線相交，即可看到除了TSOT-23-5以外其它封裝都可在幾乎全工作溫度范圍內承受這一功耗，這就知道我們要選擇什么封裝才是對的。

從上述的功耗計算過程和結果中，我們可以看到輸入電壓和工作頻率在功耗中的作用是最大的，導通損耗所占份額卻是很小。了解了這一點，我們在做設計的時候就有了降低IC功耗的方向。

對于熱，我們還需要考慮另外一個問題。當溫度升高以后，內部開關的導通電阻會提高。通常的規律是：溫度每升高100℃，導通電阻升高30%~40%。為了驗證這一點，我在Infineon的網站上下載了一份規格書，其型號是IPG20N04S4L-08A，和立锜的很多產品一樣，這是一款符合汽車應用品質要求的MOSFET，其中有一幅圖是關于溫度與導通電阻之間的對應關系：

從圖中可以看到，TJ=20℃時，RDS(on)=7.1mΩ；TJ=120℃時，RDS(on)=10.2mΩ。即TJ增加了100℃，RDS(on)增加了3.1mΩ，增加幅度為43.7%，可見上面說的30%~40%的幅度還是很保守的估計。

IC發熱以后，其內核的溫度首先升高，也就是TJ提高了，相應地造成內部開關的導通電阻提高，其發熱也將加劇，這是一個自循環的過程。幸好這個世界是不容許單點發熱的，所有的熱都會向外界擴散以求得最終的均衡，所以從IC的內核到外界環境之間會形成一個溫度的梯度。熱的擴散過程越容易，則熱阻越低，溫度的梯度越小，最后的均衡越容易獲得。

我們在前面的功耗計算過程中沒有把溫度帶來的影響考慮進去，如果真的要將此變數加進去計算的話，那就變成了一個很復雜的過程了，為了避免這一麻煩，我們還是需要簡化一點，只要在實際的計算結果上加入一些裕量，就可將相關的因素包容進去而不至于造成什么大的問題。

除了內部開關的導通電阻會受到溫度的影響以外，電感、電容、電阻和二極管也會同樣受到溫度的影響，負載LED也逃不出這一框框，工程師們在設計時都應該一并考慮到。

當設計好原理圖、選定所有的元器件以后，最重要的問題就是PCB設計了。關于此，規格書給出了參考指引：

這個圖是一個雙層板的設計，背面那一層全是地，所以就沒有必要顯示出來，它們和正面的連接通過導通孔實現。

實際的設計工作中，工程師們會遇到很多的限制，PCB的布局很難做成像上圖那樣，這時候可以堅持這些原則：無論有多難，請確保下圖中用紅線標識的兩個回路路徑短而粗，而其中最重要的部分恰好是兩個回路中沒有重合的部分。只要有可能，就應讓兩個回路盡可能重疊在一起，這樣可使電流切換帶來的磁場變化最小化，這對降低對外輻射的好處是大大的。降低對外輻射的另一個措施是讓LX節點占用面積最小化，這也需要在設計時特別注意。