開關(guān)穩(wěn)壓器占空比的重要性說明

開關(guān)穩(wěn)壓器使用占空比來實現(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)壓器都能實現(xiàn)。如圖 1 所示，為了實現(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 ?A

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

占空比能力：100％

初始精度：±1％

低關(guān)斷電流：＜1．2 ?A

快速輸出放電（QOD）選項（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)計工具支持