本文，我們分析下BUCK電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？

參考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW），這里需要重點(diǎn)說(shuō)明的是，因?yàn)槭苤朴谥圃旃に嚮虺杀?，降壓控制器芯片或轉(zhuǎn)換器芯片通常都會(huì)有“最小導(dǎo)通時(shí)間”（Minimum On Time, T_(ON,MIN)）和“最小關(guān)斷時(shí)間”（Minimum Off Time, T_(OFF,MIN)）這兩個(gè)參數(shù)，實(shí)際的導(dǎo)通時(shí)間 T_ON 必然滿(mǎn)足：

T_(ON,MIN) < T_ON < T_SW

所以，降壓電路的占空比取值范圍必然在0至1之間，即 0<D<1 。

參考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW）和(3.87)（D=1-T_OFF×F_SW），在開(kāi)關(guān)頻率（或開(kāi)關(guān)周期）不變的情況下，實(shí)際占空比在0至1之間能夠取得的最小值和最大值分別為

可見(jiàn)，降壓電路占空比最小值決定于降壓轉(zhuǎn)換器芯片或控制器芯片的導(dǎo)通時(shí)間最小值 T_(ON,MIN) ，占空比最大值決定于關(guān)斷時(shí)間最小值 T_(OFF,MIN) 。

這里需要說(shuō)明的是，從公式(3.81)（D=T_ON/T_SW ）、(3.97)和(3.98)可見(jiàn)，占空比這個(gè)參數(shù)是與開(kāi)關(guān)頻率（或開(kāi)關(guān)周期）有關(guān)的；所以，在說(shuō)某個(gè)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器或控制器的占空比最小值和最大值時(shí)，必須是基于某個(gè)固定開(kāi)關(guān)頻率下的。如果某器件的規(guī)格書(shū)中僅給出 D_MIN 或 D_MAX ，而沒(méi)有給出測(cè)試條件是哪個(gè)開(kāi)關(guān)頻率，這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

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如下 ADP5014、TPS55340 規(guī)格書(shū)所示，Minimum On Time 參數(shù)的測(cè)試條件 Test Conditions 是有標(biāo)明開(kāi)關(guān)頻率的。TPS55340 標(biāo)明了Rfreq = 80k 相當(dāng)于開(kāi)關(guān)頻率典型值為 577 kHz。

但是，如下ISL8117、LM3489、LM43601規(guī)格書(shū)所示，多數(shù)BUCK轉(zhuǎn)換器或控制器芯片規(guī)格書(shū)中都沒(méi)有說(shuō)明 Minimum On Time 參數(shù)的測(cè)試條件，這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/span>

2. 為什么必須存在Minimum On Time和Minimum Off Time？

降壓控制器或轉(zhuǎn)換器具有“最小導(dǎo)通時(shí)間(Minimum On Time)”，這個(gè)容易理解，因?yàn)闊o(wú)論輸出電壓和負(fù)載電流有多小，高邊開(kāi)關(guān)總要有一定的開(kāi)啟時(shí)間，才能對(duì)功率電感和輸出電容充電。

如下圖 3.14所示，開(kāi)關(guān)電源需要“最小導(dǎo)通時(shí)間”的原因之一是，高邊開(kāi)關(guān)管電流波形上具有電流尖峰，為了防止這種電流尖峰觸發(fā)OCP功能，需要在尖峰電流這段時(shí)間內(nèi)忽略電流檢測(cè)功能。具有尖峰電流的這段時(shí)間，通常被稱(chēng)為“消隱時(shí)間(Blanking Time)”。

因此，開(kāi)關(guān)電源電路的“最小導(dǎo)通時(shí)間”必須大于“消隱時(shí)間”，才能保證電路正常工作。

圖 3.14 高邊開(kāi)關(guān)管電流波形上的電流尖峰

參考 5.10.1 開(kāi)關(guān)電源為何需要自舉電路？ 文章，降壓控制器或轉(zhuǎn)換器具有“最小關(guān)斷時(shí)間(Minimum Off Time)”，最簡(jiǎn)單直接的原因之一是，需要低邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通給自舉電容充電，為下一個(gè)周期高邊開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通做準(zhǔn)備。

3. 小結(jié)

本文分析了BUCK電路占空比最小值和最大值的限制因素，分別限制于“最小導(dǎo)通時(shí)間”和“最小關(guān)斷時(shí)間”；討論了“最小導(dǎo)通時(shí)間”和“最小關(guān)斷時(shí)間”存在的必要性。

那么，你還知道哪些“最小導(dǎo)通時(shí)間”和“最小關(guān)斷時(shí)間”存在的必要性？歡迎留言討論。

推薦關(guān)注“電源先生”