關(guān)于占空比,這些知識你可能會用的上~
發(fā)布時間:2020-08-24 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】開關(guān)穩(wěn)壓器使用占空比來實(shí)現(xiàn)電壓或電流反饋控制。占空比是指導(dǎo)通時間(TON) 與整個周期時長(關(guān)斷時間 (TOFF)加上導(dǎo)通時間)之比,定義了輸入電壓和輸出電壓之間的簡單關(guān)系。更準(zhǔn)確的計(jì)算可能還需要考慮其他因素,但在以下這些說明中,這些并不是決定性因素。開關(guān)穩(wěn)壓器的占空比由各自的開關(guān)穩(wěn)壓器拓?fù)錄Q定。降壓型(降壓)轉(zhuǎn)換器具有占空比D,D = 輸出電壓/輸入電壓,如圖1所示。對于升壓型(升壓)轉(zhuǎn)換器,占空比D = 1 –(輸入電壓/輸出電壓)。
圖1. 采用ADP2441的典型降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器。
這些關(guān)系僅適用于連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)。在這個模式下,電感電流在時間段T內(nèi)不會降至0。以額定負(fù)載工作的電路一般使用這種模式。在低負(fù)載下,或者間歇性工作時,線圈電流在關(guān)斷時間放電。這個模式稱之為斷續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)。這兩種工作模式在特定輸入電壓和輸出電壓下,都有自己的占空比關(guān)系。
圖2所示為時域中的開關(guān)行為示例。在這個示例中,我們考慮在非間歇工作模式下的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器;即,在連續(xù)導(dǎo)通模式下。占空比與開關(guān)頻率無關(guān)。時段T一般在20 μs (50 kHz)和330 ns (3 MHz)之間。如果輸入電壓和輸出電壓的值相同,那么需要占空比 = 1。這意味著,只存在導(dǎo)通時間,不存在關(guān)斷時間。但是,并非每個開關(guān)穩(wěn)壓器都能實(shí)現(xiàn)。如圖1所示,為了實(shí)現(xiàn)這個占空比,高壓側(cè)MOSFET必須持續(xù)導(dǎo)通。如果這個開關(guān)設(shè)計(jì)為N通道MOSFET,其柵極電壓需要高于電路的輸入電壓,器件才能運(yùn)行。
如果每次導(dǎo)通之后都需要關(guān)斷一定時間(占空比<1時的情形),根據(jù)電荷泵原理,可以輕松生成比電源電壓高的電壓。但是,對于100%占空比,這不可能實(shí)現(xiàn)。所以,對于占空比為100%的開關(guān)穩(wěn)壓器,要么采用不依賴開關(guān)穩(wěn)壓器MOSFET、獨(dú)立運(yùn)行的精密電荷泵,要么將圖1所示的高壓側(cè)開關(guān)設(shè)計(jì)為P通道MOSFET。這些都會導(dǎo)致工作量和成本增加。
圖2. 降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器開關(guān)的時域表示(CCM模式下線圈電流)。
圖3所示為開關(guān)穩(wěn)壓器 ADP2370,該穩(wěn)壓器通過將P通道MOSFET用作高壓側(cè)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)100%占空比。對于這種類型的降壓轉(zhuǎn)換器,輸入電壓可以降低至非常接近輸出電壓。將P通道開關(guān)集成到開關(guān)穩(wěn)壓器中,可以避免產(chǎn)生額外成本。
圖3. 可實(shí)現(xiàn)100%占空比的開關(guān)穩(wěn)壓器示例。
如果應(yīng)用要求輸入電壓能夠降至非常接近輸出電壓設(shè)置點(diǎn)的水平,則應(yīng)選擇允許占空比 = 1或100%的開關(guān)穩(wěn)壓器。
ADP2370
● 輸入電壓范圍:3.2 V至15 V,輸出電流:800 mA
● 省電模式(PSM)下靜態(tài)電流小于14 µA
● 效率:>90%
● Force PWM引腳(SYNC),600 kHz/1.2 MHz頻率引腳(FSEL)
● 固定輸出:0.8 V、1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.0 V、3.3 V、5 V和可調(diào)選項(xiàng)
● 占空比能力:100%
● 初始精度:±1%
● 低關(guān)斷電流:<1.2 µA
● 快速輸出放電(QOD)選項(xiàng)(ADP2371)
● 可與外部時鐘同步
● 8引腳、0.75 mm × 3 mm × 3mm LFCSP (QFN)封裝
● ADIsimPower設(shè)計(jì)工具支持
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