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、獨立運行的精密電荷泵,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
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