雖然占空比有最大限制，但本電源管理技巧重點探討占空比的最小限制。

 

在連續(xù)導通模式(CCM)下，降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器（降壓變換器）的占空比相當于輸出電壓除以輸入電壓。因此如果輸出電壓正好是輸入電壓的一半，對應的占空比為 50%。根據(jù)實際分量和相應的寄生損失，這個占空比實際上稍有不同。不過這個簡單的占空比計算公式已足夠用于估算。

 

圖1.采用ADP2389的典型降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器，最高輸出電流為12 A

 

因此，如果通過5 V電源電壓產(chǎn)生1 V輸出電壓，對應的占空比為20%。圖1顯示采用ADI公司ADP2389穩(wěn)壓器的降壓轉(zhuǎn)換器拓撲。該穩(wěn)壓器的開關(guān)頻率可高達2.2 MHz。在圖2的時域圖中，可以看到當開關(guān)頻率為2.2 Mhz時，在新周期開始之前，周期T值只有大約450 ns。

 

ADP2389的最小導通時間為100 ns。因此在2.2 MHz開關(guān)頻率下，無法實現(xiàn)5 V到1 V的電壓轉(zhuǎn)換。它需要20%的占空比，相當于在450 ns周期內(nèi)只有90 ns的導通時間。這個時間低于ADP2389電壓轉(zhuǎn)換器的額定最小導通時間。

 

圖2.開關(guān)頻率為2.2 MHz時顯示的最小導通時間

 

盡管如此，如果依然想用ADP2389來實現(xiàn)5 V到1 V轉(zhuǎn)換，可通過降低開關(guān)頻率的方式。這樣，圖2中的周期T變得更長，而100 ns的最小導通時間所占百分比也變低。在2 MHz開關(guān)頻率下，周期為500 ns。要達到20%的占空比，需要100 ns的導通時間。根據(jù)技術(shù)規(guī)格，可采用ADP2389來實現(xiàn)。

 

這就有個問題，為何會出現(xiàn)限制輸入電壓與輸出電壓之比的最小導通時間。在許多開關(guān)模式電源轉(zhuǎn)換器中，原因在于電感電流是在導通時間內(nèi)測量的。此電流用于過流保護，并用于根據(jù)電流閉環(huán)控制原理（電流模式控制）工作的穩(wěn)壓器中。環(huán)路調(diào)節(jié)也需要測量電感電流。在開關(guān)瞬變后，必須先降低產(chǎn)生的噪音才能進行準確的電流測量。這需要一些時間，也稱為消隱時間。尤其對于MHz級別的極高開關(guān)頻率，最小導通時間的影響也更大，目前正在研發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)更短的最小導通時間的電路。

 

對于低占空比，例如降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器中的高輸入電壓和低輸出電壓，最小導通時間是關(guān)鍵限制。它通常會限制支持開關(guān)模式電源工作的最大開關(guān)頻率。

 

作者簡介

 

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業(yè)。他于2001年開始工作，涉足電源管理業(yè)務，曾擔任多種應用工程師職位，并在亞利桑那州鳳凰城工作了四年，負責開關(guān)模式電源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現(xiàn)場應用工程師。聯(lián)系方式：frederik.dostal@analog.com。

 

 

推薦閱讀：