占空比的上限限制

开关稳压器使用占空比来实现电压或电流反馈控制。占空比是导通时间（T上） 到整个周期长度，关断时间 （T关闭）加上导通时间，并定义了输入电压和输出电压之间的简单关系。为了更精确的计算，可以考虑其他因素，但在以下解释中，它们不是决定性的。开关稳压器的占空比取决于相应的开关稳压器拓扑。如图1所示，降压转换器的占空比D根据D =输出电压/输入电压。对于升压转换器，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。

这些关系适用于连续导通模式 （CCM）。在这里，电感电流在一段时间内不会下降到0，T。这种模式经常出现在额定负载下运行的电路中。在较低负载或有意间歇操作时，线圈电流在关断时间内放电。此模式称为不连续导通模式 （DCM）。对于特定输入电压和输出电压，这两种工作模式各自的占空比都有自己的关系。

图2显示了时域中的开关行为示例。这里我们考虑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。周期T通常介于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，则需要占空比为1。这意味着只有开机时间，没有关机时间。然而，并非每个开关稳压器都能做到这一点。在图1中，为此，高端MOSFET必须持续导通。如果该开关设计为N沟道MOSFET，则栅极处需要比电路输入电压更高的电压才能工作。如果每次导通时间后都有一定的关断时间，例如占空比为< 1，则根据电荷泵原理，可以很容易地产生比电源电压更高的电压。但是，这在占空比为 100% 的情况下是不可能的。因此，对于具有100%占空比能力的开关稳压器，要么必须实现独立于开关稳压器MOSFET的精密电荷泵，要么必须将图1所示的高边开关设计为P沟道MOSFET。两者都会导致额外的工作量和成本。

图2.降压型开关稳压器中开关的时域表示，线圈电流以CCM为单位。

图3所示为开关稳压器ADP2370，通过使用P沟道MOSFET作为高端开关，可实现100%占空比。对于这种类型的降压转换器，输入电压可以降至非常接近输出电压的水平。通过将P沟道开关集成到开关稳压器中，可以避免额外的成本。

图3.允许占空比为 100% 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定点的水平，则应选择允许占空比为1%或100%的开关稳压器。

除了由开关稳压器拓扑的高边开关决定的占空比限制外，还对占空比施加了其他限制。我们将在后面的电源管理提示中考虑它们。