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ADI技術文章——關鍵的短脈衝

2020年10月16日 11:00 次閲讀

作者:FrederikDostal,ADI高級現場應用工程師

雖然佔空比有最大限制,但本電源管理技巧重點探討佔空比的最小限制。

在連續導通模式(CCM)下,降壓型開關穩壓器(降壓變換器)的佔空比相當於輸出電壓除以輸入電壓。因此如果輸出電壓正好是輸入電壓的一半,對應的佔空比為50%。根據實際分量和相應的寄生損失,這個佔空比實際上稍有不同。不過這個簡單的佔空比計算公式已足夠用於估算。

圖1.採用ADP2389的典型降壓型開關穩壓器,最高輸出電流為12A

因此,如果通過5V電源電壓產生1V輸出電壓,對應的佔空比為20%。圖1顯示採用ADI公司ADP2389穩壓器的降壓轉換器拓撲。該穩壓器的開關頻率可高達2.2MHz。在圖2的時域圖中,可以看到當開關頻率為2.2Mhz時,在新週期開始之前,週期T值只有大約450ns。

ADP2389的最小導通時間為100ns。因此在2.2MHz開關頻率下,無法實現5V到1V的電壓轉換。它需要20%的佔空比,相當於在450ns週期內只有90ns的導通時間。這個時間低於ADP2389電壓轉換器的額定最小導通時間。

圖2.開關頻率為2.2MHz時顯示的最小導通時間

儘管如此,如果依然想用ADP2389來實現5V到1V轉換,可通過降低開關頻率的方式。這樣,圖2中的週期T變得更長,而100ns的最小導通時間所佔百分比也變低。在2MHz開關頻率下,週期為500ns。要達到20%的佔空比,需要100ns的導通時間。根據技術規格,可採用ADP2389來實現。

這就有個問題,為何會出現限制輸入電壓與輸出電壓之比的最小導通時間。在許多開關模式電源轉換器中,原因在於電感電流是在導通時間內測量的。此電流用於過流保護,並用於根據電流閉環控制原理(電流模式控制)工作的穩壓器中。環路調節也需要測量電感電流。在開關瞬變後,必須先降低產生的噪音才能進行準確的電流測量。這需要一些時間,也稱為消隱時間。尤其對於MHz級別的極高開關頻率,最小導通時間的影響也更大,目前正在研發能夠實現更短的最小導通時間的電路

對於低佔空比,例如降壓型開關穩壓器中的高輸入電壓和低輸出電壓,最小導通時間是關鍵限制。它通常會限制支持開關模式電源工作的最大開關頻率。

作者簡介

FrederikDostal曾就讀於德國埃爾蘭根大學微電子學專業。他於2001年開始工作,涉足電源管理業務,曾擔任多種應用工程師職位,並在亞利桑那州鳳凰城工作了四年,負責開關模式電源。他於2009年加入ADI公司,並在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現場應用工程師。

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