开关稳压器占空比的重要性说明

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。

图 2． 降压型开关稳压器开关的时域表示（CCM 模式下线圈电流）。

图 3 所示为开关稳压器 ADP2370，该稳压器通过将 P 通道 MOSFET 用作高压侧开关来实现 100％占空比。对于这种类型的降压转换器，输入电压可以降低至非常接近输出电压。将 P 通道开关集成到开关稳压器中，可以避免产生额外成本。

图 3． 可实现 100％占空比的开关稳压器示例。

如果应用要求输入电压能够降至非常接近输出电压设置点的水平，则应选择允许占空比 ＝ 1 或 100％的开关稳压器。

ADP2370

输入电压范围：3．2 V 至 15 V，输出电流：800 mA

省电模式（PSM）下静态电流小于 14 ?A

效率：＞90％

Force PWM 引脚（SYNC），600 kHz／1．2 MHz 频率引脚（FSEL）

固定输出：0．8 V、1．2 V、1．5 V、1．8 V、2．5 V、3．0 V、3．3 V、5 V 和可调选项

占空比能力：100％

初始精度：±1％

低关断电流：＜1．2 ?A

快速输出放电（QOD）选项（ADP2371）

可与外部时钟同步

8 引脚、0．75 mm × 3 mm × 3mm LFCSP （QFN）封装

ADIsimPower 设计工具支持

审核编辑：符乾江