ADI：开关稳压器占空比的重要性

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）。

图1. 采用ADP2441的典型降压型开关稳压器。

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2. 降压型开关稳压器开关的时域表示（CCM模式下线圈电流）。

图3所示为开关稳压器 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。

图3. 可实现100%占空比的开关稳压器示例。

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。

作者简介

Frederik Dostal曾就读于德国埃尔兰根大学微电子学专业。他于2001年开始工作，涉足电源管理业务，曾担任多种应用工程师职位，并在亚利桑那州凤凰城工作了4年，负责开关模式电源。他于2009年加入ADI公司，并在慕尼黑ADI公司担任电源管理现场应用工程师。