在連續導通模式(CCM)下,降壓型開關穩壓器(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。
因此,如果通過5 V電源電壓產生1 V輸出電壓,對應的占空比為20%。圖1顯示采用ADI的 ADP2389 穩壓器的降壓轉換器拓撲。該穩壓器的開關頻率可高達2.2 MHz。在圖2的時域圖中,可以看到當開關頻率為2.2 Mhz時,在新周期開始之前,周期T值只有大約 450 ns。
圖1. 采用ADP2389的典型降壓型開關穩壓器,最高輸出電流為12 A。
圖2. 開關頻率為2.2 MHz時顯示的最小導通時間。
ADP2389的最小導通時間為100 ns。因此在2.2 MHz開關頻率下,無法實現5 V到1 V的電壓轉換。它需要20%的占空比,相當于在450 ns 周期內只有90 ns的導通時間。這個時間低于ADP2389電壓轉換器的額定最小導通時間。
盡管如此,如果依然想用ADP2389來實現5 V到1 V轉換,可通過降低開關頻率的方式。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。根據技術規格,可采用ADP2389來實現。
這就有個問題,為何會出現限制輸入電壓與輸出電壓之比的最小導通時間。在許多開關模式電源轉換器中,原因在于電感電流是在導通時間內測量的。此電流用于過流保護,并用于根據電流閉環控制原理(電流模式控制)工作的穩壓器中。環路調節也需要測量電感電流。在開關瞬變后,必須先降低產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級別的極高開關頻率,最小導通時間的影響也更大,目前正在研發能夠實現更短的最小導通時間的電路。
對于低占空比,例如降壓型開關穩壓器中的高輸入電壓和低輸出電壓,最小導通時間是關鍵限制。它通常會限制支持開關模式電源工作的最大開關頻率。
ADP2389
輸入電壓:4.5 V至18 V
連續輸出電流:12 A
集成MOSFET:17 mΩ高端/4.5 mΩ低端
基準電壓:0.6 V ± 0.5%
可編程開關頻率范圍:
200 kHz至2200 kHz
增強瞬態響應
可編程限流精度:±10%
精密使能和電源良好指示
外部補償和軟啟動
啟動進入預充電輸出
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原文標題:這次咱們聊聊占空比的最小限制!
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