一文解析占空比的最小限制
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 。
因此 ， 如果通过5 V电源电压产生1 V输出电压 ， 对应的占空比为20% 。图1显示采用ADI的 ADP2389 稳压器的降压转换器拓扑 。该稳压器的开关频率可高达2.2 MHz 。在图2的时域图中 ， 可以看到当开关频率为2.2 Mhz时 ， 在新周期开始之前 ， 周期T值只有大约 450 ns 。
文章插图
图1. 采用ADP2389的典型降压型开关稳压器 ， 最高输出电流为12 A 。
文章插图
图2. 开关频率为2.2 MHz时显示的最小导通时间 。
ADP2389的最小导通时间为100 ns 。因此在2.2 MHz开关频率下 ， 无法实现5 V到1 V的电压转换 。它需要20%的占空比 ， 相当于在450 ns 周期内只有90 ns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 。
【一文解析占空比的最小限制】 尽管如此 ， 如果依然想用ADP2389来实现5 V到1 V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100 ns的最小导通时间所占百分比也变低 。在2 MHz开关频率下 ， 周期为500 ns 。要达到20%的占空比 ， 需要100 ns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 。
ADP2389
输入电压：4.5 V至18 V
连续输出电流：12 A
集成MOSFET：17 mΩ高端/4.5 mΩ低端
基准电压：0.6 V ± 0.5%
可编程开关频率范围：
200 kHz至2200 kHz
增强瞬态响应
可编程限流精度：±10%
精密使能和电源良好指示
外部补偿和软启动
启动进入预充电输出
推荐阅读
- 数字化转型中数据应用的三大内容解析
- 一文解析Linux内存系统
- 一文看懂陀螺仪稳的原理
- 报告：一文了解Solana的生态大宇宙
- 科普 | 一文读懂什么是比特币ETF
- 一文了解NFT估值的7种方式
- 大陆ARS540长距离毫米波雷达收发器技术解析
- 一文了解操作系统的内存管理算法
- 抖音9月涨粉达人案例解析，各大赛道黑马涌现
- 解析风机原理相关的参数