本文,罗列一些关于导通时间、关断时间、开关频率和占空比这四个参数非常重要的公式,重点在于说明: 在BUCK开关电源技术中,理解并掌握这四个参数非常重要。 “开关电源宝典”合集中本文后续的文章会具体引用推导这些公式。
参考 电荷公式列传文章,这里需要说明的是:
本质上,开关频率与开关周期是同一个参数,但是我们在开关电源中偏爱“开关频率”而不是“开关周期”,“开关频率”才是开关电源的重要参数之一,而不是“开关周期”。
为什么我们更偏爱“(开关)频率”呢? 我想,可能是因为“周期”这个物理量本身描述的是“重复一件事情所需要的时间”,但是人们更想知道“重复一件事情有多快”,这个事情刚好可以使用“频率”这个参数来描述(对应到经济学中可能叫做“效率”,生产一件商品的单位用时越短,效率越高)。人们可能都知道复利公式,但想要利用复利公式实现财务自由,其中有个很重要的变量之一就是“时间”(另一个重要变量是持续的正收益)。如果有持续的正收益和持续的时间,每个人都能像沃伦·巴菲特那样富有。所以,在投资上有句话是这么说的, “耐心是投资者最好的美德” 。遗憾的是,如巴菲特所说“没有人愿意慢慢地变富”。
四个公式(3.81)、(3.82)、(3.83)和(3.84)包含了四个参数,T_ON 是降压电路的导通时间,T_OFF 是关断时间,T_SW 是开关周期,D 是占空比。从上述这四个公式和四个参数中可以发现,只要确定了其中的任意两个参数,其他两个参数也就可以确定。
以上是BUCK电路占空比的各种表达式。
以上三个公式是,在已经其他参数的情况下,BUCK电路受特定工况的限制,能够实际运行的开关频率。
上图所示,这里需要说明的是,以TPS54561器件为例,虽然该器件支持100kHz-2.5MHz开关频率,但这并不意味着基于该器件设计的具体BUCK电路都能够支持100kHz-2MHz这么宽的开关频率范围。
也就是说,实际BUCK电路能够支持的开关频率范围,除了受器件本身的“开关频率”这个参数的范围影响外,还受具体电路中其他参数的限制,上述公式(3.104)(3.105)就分别是实际非同步BUCK电路和同步BUCK电路能够工作的最大开关频率。
上图所示,以TPS54561规格书中的参考电路为例,该应用电路受其他参数的限制,实际能够工作CCM模式下的最大开关频率是708kHz。
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