开关稳压器的占空比

开关稳压器使用占空比来实现电压或电流反馈控制。占空比是指导通时间（ton）与整个周期时长（关断时间（toff）加上导通时间）之比，定义了输入电压和输出电压之间的简单关系。更准确的计算可能还需要考虑其他因素，但在以下这些说明中，这些并不是决定性因素。开关稳压器的占空比由各自的开关稳压器拓扑决定。降压型（降压）转换器具有占空比d，d = 输出电压/输入电压，如图1所示。对于升压型（升压）转换器，占空比d = 1 –（输入电压/输出电压）。
这些关系仅适用于连续导通模式（ccm）。在这个模式下，电感电流在时间段t内不会降至0。以额定负载工作的电路一般使用这种模式。在低负载下，或者间歇性工作时，线圈电流在关断时间放电。这个模式称之为断续导通模式（dcm）。这两种工作模式在特定输入电压和输出电压下，都有自己的占空比关系。
图2所示为时域中的开关行为示例。在这个示例中，我们考虑在非间歇工作模式下的降压型开关稳压器；即，在连续导通模式下。占空比与开关频率无关。时段t一般在20 µs （50 khz）和330 ns （3 mhz）之间。如果输入电压和输出电压的值相同，那么需要占空比 = 1。这意味着，只存在导通时间，不存在关断时间。但是，并非每个开关稳压器都能实现。如图1所示，为了实现这个占空比，高压侧mosfet必须持续导通。如果这个开关设计为n通道mosfet，其栅极电压需要高于电路的输入电压，器件才能运行。如果每次导通之后都需要关断一定时间（占空比《1时的情形），根据电荷泵原理，可以轻松生成比电源电压高的电压。但是，对于100%占空比，这不可能实现。所以，对于占空比为100%的开关稳压器，要么采用不依赖开关稳压器mosfet、独立运行的精密电荷泵，要么将图1所示的高压侧开关设计为p通道mosfet。这些都会导致工作量和成本增加。
图3所示为adi公司的开关稳压器adp2370，该稳压器通过将p通道mosfet用作高压侧开关来实现100%占空比。对于这种类型的降压转换器，输入电压可以降低至非常接近输出电压。将p通道开关集成到开关稳压器中，可以避免产生额外成本。
如果应用要求输入电压能够降至非常接近输出电压设置点的水平，则应选择允许占空比 = 1或100%的开关稳压器。
占空比除了受开关稳压器拓扑的高压侧开关决定的这种限制外，还受其他因素限制。我们将在稍后的电源管理技巧中为大家介绍。