開關穩壓器佔空比的重要性

開關穩壓器使用佔空比來實現電壓或電流反饋控制。佔空比是指導通時間（TON） 與整個周期時長（關斷時間 （TOFF）加上導通時間）之比，定義了輸入電壓和輸出電壓之間的簡單關係。更準確的計算可能還需要考慮其他因素，但在以下這些說明中，這些並不是決定性因素。開關穩壓器的佔空比由各自的開關穩壓器拓撲決定。降壓型（降壓）轉換器具有佔空比 D，D ＝ 輸出電壓 ／ 輸入電壓，如圖 1 所示。對於升壓型（升壓）轉換器，佔空比 D ＝ 1 –（輸入電壓 ／ 輸出電壓）。

圖 1． 採用 ADP2441 的典型降壓型開關穩壓器。

這些關係僅適用於連續導通模式（CCM）。在這個模式下，電感電流在時間段 T 內不會降至 0。以額定負載工作的電路一般使用這種模式。在低負載下，或者間歇性工作時，線圈電流在關斷時間放電。這個模式稱之為斷續導通模式（DCM）。這兩種工作模式在特定輸入電壓和輸出電壓下，都有自己的佔空比關係。

圖 2 所示為時域中的開關行為示例。在這個示例中，我們考慮在非間歇工作模式下的降壓型開關穩壓器；即，在連續導通模式下。佔空比與開關頻率無關。時段 T 一般在 20 μs （50 kHz）和 330 ns （3 MHz）之間。如果輸入電壓和輸出電壓的值相同，那麼需要佔空比 ＝ 1。這意味著，只存在導通時間，不存在關斷時間。但是，並非每個開關穩壓器都能實現。如圖 1 所示，為了實現這個佔空比，高壓側 MOSFET 必須持續導通。如果這個開關設計為 N 通道 MOSFET，其柵極電壓需要高於電路的輸入電壓，器件才能運行。

如果每次導通之後都需要關斷一定時間（佔空比＜1 時的情形），根據電荷泵原理，可以輕鬆生成比電源電壓高的電壓。但是，對於 100％佔空比，這不可能實現。所以，對於佔空比為 100％的開關穩壓器，要麼採用不依賴開關穩壓器 MOSFET、獨立運行的精密電荷泵，要麼將圖 1 所示的高壓側開關設計為 P 通道 MOSFET。這些都會導致工作量和成本增加。

圖 2． 降壓型開關穩壓器開關的時域表示（CCM 模式下線圈電流）。

圖 3 所示為開關穩壓器 ADP2370，該穩壓器通過將 P 通道 MOSFET 用作高壓側開關來實現 100％佔空比。對於這種類型的降壓轉換器，輸入電壓可以降低至非常接近輸出電壓。將 P 通道開關集成到開關穩壓器中，可以避免產生額外成本。

圖 3． 可實現 100％佔空比的開關穩壓器示例。

如果應用要求輸入電壓能夠降至非常接近輸出電壓設置點的水平，則應選擇允許佔空比 ＝ 1 或 100％的開關穩壓器。

ADP2370

輸入電壓範圍：3．2 V 至 15 V，輸出電流：800 mA

省電模式（PSM）下靜態電流小於 14 ?A

效率：＞90％

Force PWM 引腳（SYNC），600 kHz／1．2 MHz 頻率引腳（FSEL）

固定輸出：0．8 V、1．2 V、1．5 V、1．8 V、2．5 V、3．0 V、3．3 V、5 V 和可調選項

佔空比能力：100％

初始精度：±1％

低關斷電流：＜1．2 ?A

快速輸出放電（QOD）選項（ADP2371）

可與外部時鐘同步

8 引腳、0．75 mm × 3 mm × 3mm LFCSP （QFN）封裝

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