如何使用LTspice理解外设应力及VSW和占空比之间的联系-电子发烧友网

在本系列文章的第1部分中，我们探讨了为什么开关电流很重要，满足预期负载所需的输出电流，以及选择降压和升压DC-DC转换器之间的差异。

在第2部分中，我们将介绍VSW、晶体管最大允许电压和占空比限制、如何使用LTspice理解外设应力，以及VSW和占空比之间的联系。

通常，IC的VIN范围在数据手册中指定，包括推荐范围和绝对最大值。带有内部电源开关的升压稳压器可能产生的最高输出电压在数据手册中表示为其最大VSW额定值。如果使用带有外部 MOSFET 的升压控制器作为电源开关，则 MOSFET 的数据手册中规定的 VDS 额定值是限制最大输出电压的因素。

例如，LT8330升压稳压器的输入电压范围为3 V至40 V，绝对最大开关电压为60 V，固定开关频率为2 MHz。虽然绝对最大60 V开关电压额定值使器件能够产生升压输出至60 V，但最佳做法是保持低于此电压至少2 V。

输出电压也受占空比的限制。最大和最小占空比可能在数据手册中，也可以计算。使用LT8330将12 V转换为48 V，对于CCM，省略二极管压降以获得高转换比，占空比根据输入和输出电压计算：

D = （VO – VIN）/VO = （48 V – 12 V）/48 V = 0.75 或 75%

检查IC是否能够在所需的占空比下工作。

IC最小占空比由下式给出：

DMIN = 最小吨（最大） × fSW（最大值）

IC最大占空比由下式给出：

最大尺寸 = 1 – （最小托夫（最大） × fSW（最大））

最小TON和最小TOF可在数据手册的电气特性表中找到。使用表的最小值、典型值和最大值列中的最大值。使用 LT8330 的公布值以及 DMIN 和 DMAX 方程，得出 DMIN = 0.225 和 DMAX = 0.86。从结果中，我们可以看到LT8330应该能够将12 V转换为48 V，因为设计要求占空比为0.75。

了解使用LTspice的外设应力

图12所示原理图实现了之前介绍的设计理念，LT8330采用12 V输入至48 V输出转换器，支持150 mA负载。

图 12.LT8330用于12 V至48 V转换器，负载电流为150 mA。

通过LTspice仿真，我们可以绘制和测量许多参数。图13描述了那些可以帮助您选择IC的方法。

VSW 和占空比

运行仿真后，您可以将 SW 节点行为视为波形，以了解开关在开关周期内存在的电压。为此，请将鼠标悬停在 SW 节点上，使十字光标变为红色电压探头。单击以在波形查看器上绘制开关节点行为。得到的曲线对应于内部功率MOSFET的漏极。

正如预期的那样，当MOSFET导通时，电压电位接近地电位，但更重要的是，在TOFF期间，MOSFET关断，漏极电压受输出电压加二极管压降的影响。现在我们知道MOSFET的VDS上的应力是多少。如果我们选择使用外部MOSFET作为电源开关的控制器设计，我们应该选择VDS额定值为60 V的MOSFET。

在LTspice波形查看器中，可以使用光标进行水平和垂直测量，类似于示波器上的光标。要调用光标，请单击LTspice波形查看器中的V（sw）标签。这会将第一个游标附加到跟踪，再单击一次将第二个游标附加到同一迹线。或者，右键单击标签并选择所需的光标以显示给定的探测迹线。使用这些光标，您可以测量TON并计算占空比，以吨/周期给出。

TPERIOD = TON + TOFF = 1/fSW。早些时候，我们计算出这是75%或0.75。使用LTspice，我们得到大约373 ns。LT8330使用2 MHz的固定开关频率，因此TP = 1/2e6 = 500 ns，因此占空比为373 ns/500 ns = 0.746。