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關于開關穩壓器占空比關系,你該知道這些…

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關于開關穩壓器占空比關系,你該知道這些…

分類:
電源技術
作者:
廣州市愛浦電子科技有限公司
來源:
原創
發布時間:
2020/09/16
瀏覽量

開關穩壓器使用占空比來實現電壓或電流反饋控制。占空比是指導通時間(TON) 與整個周期時長(關斷時間 (TOFF)加上導通時間)之比,定義了輸入電壓和輸出電壓之間的簡單關系。更準確的計算可能還需要考慮其他因素,但在以下這些說明中,這些并不是決定性因素。開關穩壓器的占空比由各自的開關穩壓器拓撲決定。降壓型(降壓)轉換器具有占空比 D,D = 輸出電壓 / 輸入電壓,如圖 1 所示。對于升壓型(升壓)轉換器,占空比 D = 1 –(輸入電壓 / 輸出電壓)。

 
圖 1. 采用 ADP2441 的典型降壓型開關穩壓器。

這些關系僅適用于連續導通模式(CCM)。在這個模式下,電感電流在時間段 T 內不會降至 0。以額定負載工作的電路一般使用這種模式。在低負載下,或者間歇性工作時,線圈電流在關斷時間放電。這個模式稱之為斷續導通模式(DCM)。這兩種工作模式在特定輸入電壓和輸出電壓下,都有自己的占空比關系。

圖 2 所示為時域中的開關行為示例。在這個示例中,我們考慮在非間歇工作模式下的降壓型開關穩壓器;即,在連續導通模式下。占空比與開關頻率無關。時段 T 一般在 20 μs (50 kHz)和 330 ns (3 MHz)之間。如果輸入電壓和輸出電壓的值相同,那么需要占空比 = 1。這意味著,只存在導通時間,不存在關斷時間。但是,并非每個開關穩壓器都能實現。如圖 1 所示,為了實現這個占空比,高壓側 MOSFET 必須持續導通。如果這個開關設計為 N 通道 MOSFET,其柵極電壓需要高于電路的輸入電壓,器件才能運行。

如果每次導通之后都需要關斷一定時間(占空比<1 時的情形),根據電荷泵原理,可以輕松生成比電源電壓高的電壓。但是,對于 100%占空比,這不可能實現。所以,對于占空比為 100%的開關穩壓器,要么采用不依賴開關穩壓器 MOSFET、獨立運行的精密電荷泵,要么將圖 1 所示的高壓側開關設計為 P 通道 MOSFET。這些都會導致工作量和成本增加。

 
圖 2. 降壓型開關穩壓器開關的時域表示(CCM 模式下線圈電流)。

圖 3 所示為開關穩壓器 ADP2370,該穩壓器通過將 P 通道 MOSFET 用作高壓側開關來實現 100%占空比。對于這種類型的降壓轉換器,輸入電壓可以降低至非常接近輸出電壓。將 P 通道開關集成到開關穩壓器中,可以避免產生額外成本。

 
圖 3. 可實現 100%占空比的開關穩壓器示例。

如果應用要求輸入電壓能夠降至非常接近輸出電壓設置點的水平,則應選擇允許占空比 = 1 或 100%的開關穩壓器。

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