开关电源占空比的最小限制详细探讨-凡亿课堂

虽然占空比有最大限制，但本电源管理技巧重点探讨占空比的最小限制。在连续导通模式（CCM）下，降压型开关稳压器（降压变换器）的占空比相当于输出电压除以输入电压。因此如果输出电压正好是输入电压的一半，对应的占空比为50%。根据实际分量和相应的寄生损失，这个占空比实际上稍有不同。不过这个简单的占空比计算公式已足够用于估算。图1.采用ADP2389的典型降压型开关稳压器，最高输出电流为12A因此，如果通过5V电源电压产生1V输出电压，对应的占空比为20%。图1显示采用ADI公司ADP2389稳压器的降压转换器拓扑。该稳压器的开关频率可高达2.2MHz。在图2的时域图中，可以看到当开关频率为2.2Mhz时，在新周期开始之前，周期T值只有大约450ns。ADP2389的最小导通时间为100ns。因此在2.2MHz开关频率下，无法实现5V到1V的电压转换。它需要20%的占空比，相当于在450ns周期内只有90ns的导通时间。这个时间低于ADP2389电压转换器的额定最小导通时间。图2.开关频率为2.2MHz时显示的最小导通时间尽管如此，如果依然想用ADP2389来实现5V到1V转换，可通过降低开关频率的方式。这样，图2中的周期T变得更长，而100ns的最小导通时间所占百分比也变低。在2MHz开关频率下，周期为500ns。要达到20%的占空比，需要100ns的导通时间。根据技术规格，可采用ADP2389来实现。这就有个问题，为何会出现限制输入电压与输出电压之比的最小导通时间。在许多开关模式电源转换器中，原因在于电感电流是在导通时间内测量的。此电流用于过流保护，并用于根据电流闭环控制原理（电流模式控制）工作的稳压器中。环路调节也需要测量电感电流。在开关瞬变后，必须先降低产生的噪音才能进行准确的电流测量。这需要一些时间，也称为消隐时间。尤其对于MHz级别的极高开关频率，最小导通时间的影响也更大，目前正在研发能够实现更短的最小导通时间的电路。对于低占空比，例如降压型开关稳压器中的高输入电压和低输出电压，最小导通时间是关键限制。它通常会限制支持开关模式电源工作的最大开关频率。

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