同步BUCK電路輸入電壓最小值和最大值的限制因素是什么？

電源先生(PowerMan) 2024-05-21 21:39 216 閱讀 2 贊 2 收藏 0 評論

0. 簡介

前文[BUCK電路輸入電壓最小值和最大值的限制因素是什么？]分析了BUCK電路輸入電壓的限制因素...

前文[非同步BUCK電路輸入電壓最小值和最大值的限制因素是什么？]分析了具體的非同步BUCK電路輸入電壓的限制因素...

本文，我們繼續(xù)分析同步BUCK電路輸入電壓的限制因素，及其表達(dá)式...

1. 規(guī)格書中給出的公式

上圖所示，分別是TPS62876和TPS62130規(guī)格書中給出的，當(dāng)同步BUCK電路工作在100%占空比模式下時(shí)需要滿足的最小輸入電壓計(jì)算公式。那么，這些公式是如何推導(dǎo)而來的呢？

2. 具體推導(dǎo)過程

由前文[BUCK電路的CCM模式占空比，你知道哪幾種？]可知，同步降壓電路的占空比為(3.90)

基于占空比公式(3.90)解得輸入電壓為（這里占空比直接用 D 表示）

所以，將功率電感直流電阻壓降 V_DCR 公式(3.92)、高邊開關(guān)管導(dǎo)通壓降 V_(DS(ON)-H) 公式(3.93)和低邊開關(guān)管導(dǎo)通壓降 V_(DS(ON)-L) 公式(3.94)代入上述公式，同時(shí)占空比分別取最小值 D_MIN 和最大值 D_MAX ，同步降壓電路輸入電壓最小值和最大值可以表示為(3.137)(3.138)

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參考 [占空比大小的限制因素是什么？] 中的內(nèi)容，占空比的最小值、最大值分別與最小導(dǎo)通時(shí)間、最小關(guān)斷時(shí)間成正比，也就是公式(3.97)(3.98)

所以，將占空比最小值公式(3.97)和最大值公式(3.98)代入上述公式(3.137)(3.138)，同步降壓電路輸入電壓最小值和最大值可以表示為：

上述公式(3.137) (3.138) (3.139) (3.140)就是在考慮了功率電感直流電阻 R_DC 、高邊開關(guān)管導(dǎo)通電阻 R_(DS(ON)-H) 和高邊開關(guān)管導(dǎo)通電阻 R_(DS(ON)-L) 三個(gè)參數(shù)的情況下，精確的同步降壓電路輸入電壓最小值和最大值計(jì)算公式。

3. 100%占空比模式

上述公式(3.132)(3.137)分別是非同步和同步BUCK電路輸入電壓最小值的表達(dá)式。針對某些支持最大 100% 占空比（也就是 D_MAX=1 ）模式的非同步或同步BUCK芯片，將 D_MAX=1 分別代入公式(3.132)和(3.137)，輸入電壓最小值表達(dá)式可以簡化如下：

這就是TPS62876和TPS62130規(guī)格書中給出的公式(2)(3)的具體推導(dǎo)過程。

公式(3.141)其實(shí)容易理解，就是在整個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)高邊開關(guān)管一直導(dǎo)通而續(xù)流二極管或低邊開關(guān)管不導(dǎo)通時(shí)，從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)就只有高邊開關(guān)管和功率電感這兩個(gè)元件，它們對應(yīng)的直流電阻分別是 R_(DS(ON)-H) 和 R_DC 。

同時(shí)，基于電流這個(gè)參數(shù)的角度看，從輸入節(jié)點(diǎn)到輸出節(jié)點(diǎn)是串聯(lián)的，整個(gè)鏈路上的平均電流等于負(fù)載電流 I_OUT 。

所以，允許的輸入電壓最小值就是在維持輸出電壓目標(biāo)值 V_OUT 不變的情況下，增加 I_OUT × ( R_(DS(ON)-H) +R_DC ) 用于補(bǔ)償因高邊開關(guān)管和功率電感的直流電阻導(dǎo)致的壓降。

4. 小結(jié)

(1) 公式(3.137)(3.138)是輸入電壓極限值基于占空比參數(shù)的表達(dá)式；在其他參數(shù)不變的情況下，輸入電壓極限值與占空比成反比關(guān)系。

(2) 公式(3.139)是輸入電壓最小值基于關(guān)斷時(shí)間Toff的表達(dá)式；在其他參數(shù)不變的情況下，輸入電壓最小值與關(guān)斷時(shí)間Toff成正比關(guān)系。關(guān)斷時(shí)間Toff越小，說明導(dǎo)通時(shí)間Ton越大，所需要的最小輸入電壓值V_(IN,MIN)也就越小。

(3) 公式(3.140)是輸入電壓最大值基于導(dǎo)通時(shí)間Ton的表達(dá)式；在其他參數(shù)不變的情況下，輸入電壓最大值與導(dǎo)通時(shí)間Ton成反比關(guān)系。導(dǎo)通時(shí)間Ton越大，所需要的最大輸入電壓值V_(IN,MAX)也就越小。

(4) 在100%占空比模式下，非同步BUCK電路中續(xù)流二極管的影響會(huì)被旁路掉(bypass)，同步BUCK電路中低邊開關(guān)管的影響會(huì)被bypass，這時(shí)的公式(3.141)又將公式(3.137) (3.138) (3.139) (3.140)都給重新統(tǒng)一了。

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