開關穩(wěn)壓器使用占空比來實現(xiàn)電壓或電流反饋控制,。占空比是指導通時間(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系。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,，這些并不是決定性因素。開關穩(wěn)壓器的占空比由各自的開關穩(wěn)壓器拓撲決定,。降壓型（降壓）轉(zhuǎn)換器具有占空比D,，D = 輸出電壓/輸入電壓，如圖1所示,。對于升壓型（升壓）轉(zhuǎn)換器,，占空比D = 1 –（輸入電壓/輸出電壓）。

這些關系僅適用于連續(xù)導通模式(CCM),。在這個模式下,，電感電流在時間段T內(nèi)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(xù)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,，都有自己的占空比關系。

圖1.采用ADP2441的典型降壓型開關穩(wěn)壓器

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(wěn)壓器；即,，在連續(xù)導通模式下,。占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,，那么需要占空比 = 1。這意味著,，只存在導通時間,，不存在關斷時間。但是,，并非每個開關穩(wěn)壓器都能實現(xiàn),。如圖1所示，為了實現(xiàn)這個占空比,，高壓側(cè)MOSFET必須持續(xù)導通,。如果這個開關設計為N通道MOSFET，其柵極電壓需要高于電路的輸入電壓,，器件才能運行,。如果每次導通之后都需要關斷一定時間（占空比<1時的情形），根據(jù)電荷泵原理,，可以輕松生成比電源電壓高的電壓,。但是，對于100%占空比,，這不可能實現(xiàn),。所以，對于占空比為100%的開關穩(wěn)壓器,，要么采用不依賴開關穩(wěn)壓器MOSFET,、獨立運行的精密電荷泵，要么將圖1所示的高壓側(cè)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(wěn)壓器開關的時域表示（CCM模式下線圈電流）

圖3所示為ADI公司的開關穩(wěn)壓器ADP2370,，該穩(wěn)壓器通過將P通道MOSFET用作高壓側(cè)開關來實現(xiàn)100%占空比。對于這種類型的降壓轉(zhuǎn)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(wěn)壓器中，可以避免產(chǎn)生額外成本,。

圖3.可實現(xiàn)100%占空比的開關穩(wěn)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,，則應選擇允許占空比 = 1或100%的開關穩(wěn)壓器。

占空比除了受開關穩(wěn)壓器拓撲的高壓側(cè)開關決定的這種限制外,，還受其他因素限制,。我們將在稍后的電源管理技巧中為大家介紹。

作者簡介

Frederik Dostal曾就讀于德國埃爾蘭根大學微電子學專業(yè),。他于2001年開始工作,，涉足電源管理業(yè)務，曾擔任多種應用工程師職位,，并在亞利桑那州鳳凰城工作了4年,，負責開關模式電源。他于2009年加入ADI公司,，并在慕尼黑ADI公司擔任電源管理現(xiàn)場應用工程師,。