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开关稳压器占空比的重要性

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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。