BUCK电路占空比最小值和最大值的限制因素

本文，我们分析下BUCK电路占空比最小值和最大值的限制因素是什么？

1. 占空比大小的限制因素是什么？

参考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW），这里需要重点说明的是，因为受制于制造工艺或成本，降压控制器芯片或转换器芯片通常都会有“最小导通时间”（Minimum On Time, T_(ON,MIN)）和“最小关断时间”（Minimum Off Time, T_(OFF,MIN)）这两个参数，实际的导通时间 T_ON 必然满足：

T_(ON,MIN) < T_ON < T_SW

所以，降压电路的占空比取值范围必然在0至1之间，即 0

参考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW）和(3.87)（D=1-T_OFF×F_SW），在开关频率（或开关周期）不变的情况下，实际占空比在0至1之间能够取得的最小值和最大值分别为

可见，降压电路占空比最小值决定于降压转换器芯片或控制器芯片的导通时间最小值 T_(ON,MIN) ，占空比最大值决定于关断时间最小值 T_(OFF,MIN) 。

这里需要说明的是，从公式(3.81)（D=T_ON/T_SW ）、(3.97)和(3.98)可见，占空比这个参数是与开关频率（或开关周期）有关的；所以，在说某个开关转换器或控制器的占空比最小值和最大值时，必须是基于某个固定开关频率下的。如果某器件的规格书中仅给出 D_MIN 或 D_MAX ，而没有给出测试条件是哪个开关频率，这是不严谨的。

如下 ADP5014、TPS55340 规格书所示，Minimum On Time 参数的测试条件 Test Conditions 是有标明开关频率的。TPS55340 标明了Rfreq = 80k 相当于开关频率典型值为 577 kHz。

但是，如下ISL8117、LM3489、LM43601规格书所示，多数BUCK转换器或控制器芯片规格书中都没有说明 Minimum On Time 参数的测试条件，这是不严谨的。

2. 为什么必须存在Minimum On Time和Minimum Off Time？

降压控制器或转换器具有“最小导通时间(Minimum On Time)”，这个容易理解，因为无论输出电压和负载电流有多小，高边开关总要有一定的开启时间，才能对功率电感和输出电容充电。

如下图 3.14所示，开关电源需要“最小导通时间”的原因之一是，高边开关管电流波形上具有电流尖峰，为了防止这种电流尖峰触发OCP功能，需要在尖峰电流这段时间内忽略电流检测功能。具有尖峰电流的这段时间，通常被称为“消隐时间(Blanking Time)”。因此，开关电源电路的“最小导通时间”必须大于“消隐时间”，才能保证电路正常工作。

图 3.14 高边开关管电流波形上的电流尖峰

参考 5.10.1 开关电源为何需要自举电路？文章，降压控制器或转换器具有“最小关断时间(Minimum Off Time)”，最简单直接的原因之一是，需要低边开关管导通给自举电容充电，为下一个周期高边开关管导通做准备。

3. 小结

本文分析了BUCK电路占空比最小值和最大值的限制因素，分别限制于“最小导通时间”和“最小关断时间”；讨论了“最小导通时间”和“最小关断时间”存在的必要性。

那么，你还知道哪些“最小导通时间”和“最小关断时间”存在的必要性？欢迎留言讨论。