固定頻率工作的降壓穩壓器設計

大多數開(kāi)關(guān)穩壓器都依賴(lài)于專(zhuān)用時(shí)鐘蕩器來(lái)確定開(kāi)關(guān)頻率。電源控制器內的一個(gè)專(zhuān)用振蕩器電路通常產(chǎn)生這一時(shí)鐘信號。有一類(lèi)磁滯開(kāi)關(guān)穩壓器，即使在輸入線(xiàn)路和輸出負載變化的情況下，無(wú)需時(shí)鐘，實(shí)際上也可以以相對固定的頻率工作。圖1示出了一種以連續導通模式工作的簡(jiǎn)化的降壓型穩壓器。（電感器電流總是保持為正。）輸出電壓VOUT等于DVIN，其中D為降壓開(kāi)關(guān)Q1的占空比，VIN為輸入電壓。在固定頻率工作時(shí)的占空系數D為T(mén)ON/TS，其中TON為Q1的導通時(shí)間，TS為開(kāi)關(guān)頻率周期1/FS。對電路進(jìn)行重新安排和元件替換，便可得出如下公式：D=VOUT/VIN=TON/(1/FS)=TONFS。

圖1 在典型的降壓型穩壓器中，輸出電壓等于開(kāi)關(guān)占空系數乘以輸入電壓
　　

現在請看一個(gè)穩壓器電路，它采用的是一個(gè)可使Q1的導通時(shí)間TON與輸入電壓VIN成反比的電路，而不是一個(gè)固定時(shí)鐘及一個(gè)PWM。圖2示出了一個(gè)基于這個(gè)原則的穩壓器。該穩壓器不包含時(shí)鐘振蕩器，但是即使在輸入電壓從14V變化到75V時(shí)，仍然保持固定的工作頻率。這一穩壓器內的兩個(gè)主要穩壓部件是導通定時(shí)器和穩壓比較器。比較器監測輸出電壓。如果輸出電壓低于目標值
，比較器就使輸出開(kāi)關(guān)導通，導通時(shí)間由開(kāi)啟定時(shí)器確定。導通定時(shí)器的時(shí)間周期為T(mén)ON=KRON/VIN，其中K為常數 (1.3×10-10)，R為配置電阻器，VIN為輸入電壓。如果現在將TON代入前面的降壓穩壓器公式，就會(huì )得到有趣的結果： VOUT/VIN=FSKRON/VIN。如果求解FS，就得到FS=VOUT/KRON。因為VOUT仍然是被穩壓的，而K和RON項為常數，所以開(kāi)關(guān)頻率是保持恒定不變。
　　假定電感器電流仍是連續的，則恒定頻率關(guān)系仍然有效。在輕負載情況下，電感器中的電流變成不連續的。（電感器電流在開(kāi)關(guān)周期的部分時(shí)間內為零。）不連續操作一開(kāi)始，開(kāi)關(guān)頻率就開(kāi)始下降。這種下降是一種可取的特性，能在負載降低時(shí)保持高效率，因為在較低開(kāi)關(guān)頻率下開(kāi)關(guān)損耗會(huì )大大降低。不連續模式下的開(kāi)關(guān)頻率推導如下：峰值電感器電流IP=VINTON/L=VINKRON/LVIN=KRON/L，其中L為輸出電感器值。輸出功率為POUT=VOUT2/ROUT=LIP2F/2=FK2RON2/L。求解F：F=(VOUT2L)/(ROUTK2RON2)。正如你所看到的，開(kāi)關(guān)頻率的變化與輸出電阻ROUT相反。
　　無(wú)振蕩器的固定頻率工作方式可提供一種低成本的、容易實(shí)現的降壓穩壓器。不必擔心任何回路補償或穩定性問(wèn)題。由于電路沒(méi)有限制帶寬的反饋元件，所以瞬時(shí)響應非?？?。工作頻率在大部分輸出功率范圍內保持恒定不變，這取決于電感器值和負載，在輕負載下會(huì )出現所期望的工作頻率下降。

圖2 在這一降壓型穩壓器中，開(kāi)關(guān)頻率在很寬的輸入電壓范圍內保持恒定不變。