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|技术文章—占空比的上限


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)与整个周期时长（关断时间(TOFF)加上导通时间）之比 ， 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 ， 但在以下这些说明中 ， 这些并不是决定性因素 。 开关稳压器的占空比由各自的开关稳压器拓扑决定 。 降压型（降压）转换器具有占空比D ， D = 输出电压/输入电压 ， 如图1所示 。 对于升压型（升压）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导通模式(CCM) 。 在这个模式下 ， 电感电流在时间段T内不会降至0 。 以额定负载工作的电路一般使用这种模式 。 在低负载下 ， 或者间歇性工作时 ， 线圈电流在关断时间放电 。 这个模式称之为断续导通模式(DCM) 。 这两种工作模式在特定输入电压和输出电压下 ， 都有自己的占空比关系 。
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|技术文章—占空比的上限
本文插图

图1.采用ADP2441的典型降压型开关稳压器
图2所示为时域中的开关行为示例 。 在这个示例中 ， 我们考虑在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 。 时段T一般在20 μs (50 kHz)和330 ns (3 MHz)之间 。 如果输入电压和输出电压的值相同 ， 那么需要占空比 = 1 。 这意味着 ， 只存在导通时间 ， 不存在关断时间 。 但是 ， 并非每个开关稳压器都能实现 。 如图1所示 ， 为了实现这个占空比 ， 高压侧MOSFET必须持续导通 。 如果这个开关设计为N通道MOSFET ， 其栅极电压需要高于电路的输入电压 ， 器件才能运行 。 如果每次导通之后都需要关断一定时间（占空比<1时的情形） ， 根据电荷泵原理 ， 可以轻松生成比电源电压高的电压 。 但是 ， 对于100%占空比 ， 这不可能实现 。 所以 ， 对于占空比为100%的开关稳压器 ， 要么采用不依赖开关稳压器MOSFET、独立运行的精密电荷泵 ， 要么将图1所示的高压侧开关设计为P通道MOSFET 。 这些都会导致工作量和成本增加 。
图3所示为ADI公司的开关稳压器ADP2370 ， 该稳压器通过将P通道MOSFET用作高压侧开关来实现100%占空比 。 对于这种类型的降压转换器 ， 输入电压可以降低至非常接近输出电压 。 将P通道开关集成到开关稳压器中 ， 可以避免产生额外成本 。
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本文插图

如果应用要求输入电压能够降至非常接近输出电压设置点的水平 ， 则应选择允许占空比 = 1或100%的开关稳压器 。
占空比除了受开关稳压器拓扑的高压侧开关决定的这种限制外 ， 还受其他因素限制 。


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