占空比上限

开关稳压器使用占空比来实现电压或电流反馈控制。

占空比是指导通时间(TON)与整个周期持续时间(关断时间(TOFF)加上导通时间)的比率,它定义了输入电压和输出电压之间的简单关系。

更准确的计算可能还需要考虑其他因素,但是这些并不是这些说明中的决定性因素。

开关调节器的占空比由相应的开关调节器拓扑决定。

降压(buck)转换器的占空比为D,其中D =输出电压/输入电压,如图1所示。

对于升压(boost)转换器,占空比D = 1-(输入电压/输出)电压)。

这些关系仅适用于连续传导模式(CCM)。

在此模式下,电感器电流在时间段T内不会降至零。

在额定负载下工作的电路通常使用此模式。

在低负载或间歇操作下,线圈电流会在关断时间内放电。

此模式称为不连续传导模式(DCM)。

在特定的输入电压和输出电压下,这两种工作模式具有各自的占空比关系。

图1.使用ADP2441的典型降压开关调节器。

图2显示了时域切换行为的示例。

在本示例中,我们考虑了非间歇工作模式下的降压型开关稳压器。

即在连续导通模式下。

占空比与开关频率无关。

时间段T通常在20 µs(50 kHz)和330 ns(3 MHz)之间。

如果输入电压和输出电压具有相同的值,则要求占空比= 1。

这意味着只有准时,没有下班时间。

但是,并非每个开关稳压器都可以实现。

如图1所示,为了实现此占空比,高端MOSFET必须连续导通。

如果将此开关设计为N沟道MOSFET,则其栅极电压需要高于电路的输入电压,以使器件工作。

如果需要在每次导通后一定时间将其关闭(占空比< 1),则根据电荷泵原理,可以容易地产生高于电源电压的电压。

但是,对于100%的占空比,这是不可能的。

因此,对于占空比为100%的开关稳压器,要么将不依赖于开关稳压器MOSFET并独立运行的精密电荷泵,要么将图1所示的高端开关设计为P沟道MOSFET。

这些将导致工作量和成本增加。

图2.降压型开关稳压器的开关的时域表示(CCM模式下的线圈电流)。

图3显示了ADI的开关调节器ADP2370,该器件使用P沟道MOSFET作为高端开关,以实现100%的占空比。

对于这种类型的降压转换器,可以将输入电压降低到非常接近输出电压的水平。

将P通道开关集成到开关调节器中可以避免额外的成本。

图3.可以实现100%占空比的开关稳压器示例。

如果应用要求输入电压下降到非常接近输出电压设定点的水平,则应选择允许占空比= 1或100%的开关稳压器。

除了由开关调节器拓扑结构的高端开关确定的限制外,占空比还受到其他因素的限制。

稍后我们将向您介绍电源管理技能。

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