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dutycycle是什么意思?用法、例句(为什么电源芯片DutyCycle有的能达到100%,有的不能?)

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dutycycle是什么意思?用法、例句(为什么电源芯片DutyCycle有的能达到100%,有的不能?)

为什么我们有时看电源芯片手册时,发现有的电源芯片DutyCycle可以做到100%,而有的电源芯片无法做到100%呢?

DutyCycle是什么?

通常在做开关电源设计时,比如Buck降压电路,输入电压和输出电压与占空比的关系如下:

这个D就是DutyCycle,就是占空比的意思,上MOSFET开启时间与开关周期的比例,占空比越高,输入输出电压差别就越小。

100%的占空比有什么用?

如果占空比为100%,也就意味着开关一直导通。输出电压就一直等于输入电压,当输入电压下降,输出电压也下降,虽然输出电压下降了,但是电压稳定的。

在很多场合,对于输出电压不用直接给芯片供电,输出电压往下降的很多,可以低于输出电压的场合,都需要这种应用。可以大大扩到芯片输入电压范围。

BUCK电路无法做到DutyCycle100%的原因

如下图,是一个Buck拓扑开关电源的大致结构,原理我就不细说了,我们重点说一下与DutyCycle相关的部分。

如上图所示,有个紫色部分,有一个Cboost电容,一端与phase端连接,一端与Boost管脚连接,给内部的上MOSFET的driver供电。Cboost电容,上面还有个Vint,一般是芯片内部产生的电源,通常在3.3~5V左右。其工作原理如下:

当下MOSFET导通,Phase端电压下降到0V,Vint通过二极管对Cboost进行充电,假声充电够快,Cboost的电压很快就会充到接近Vint。

然后当下MOSFET关闭,轮到上MOSFET开启,此时,Phase端电压还是0,上MOSFET的driver使用Vint的驱动电压驱动上MOSFET的G极,打开上MOSFET,当打开上MOSFET时,phase端电压就升高到Vin,如果driver的驱动电压还是Vint,很可能Vint还小于Vin,就无法位置上MSOFET的开启,这时,这个Cboost电容就起作用了,当phase端电压上升,由于电容上的电压不能突变,phase与boost之间有个Cboost电容,这样phase端电压上升就自动的将Boost点电压抬高,始终高出Cboost的电压。

所以由于Boost电容的存在,不管Vin电压怎么变化,上MOSFET的GS之间的驱动电压始终约Vint附近,这样就能维持上MOSFET的开启。不过导通时间变长,Cboost电压会降低。各点电压如下图所示:

从上面分析可以看出,由于导通时间变长,Cboost电压会降低,当Cboost存储的电压降低到无法驱动上MOSFET开启时,就会有问题。所以必须要再次关闭上MOSFET,再对Cboost进行充电。

这样就导致开关电源的DutyCycle无法达到100%,现在很多芯片可以做到让驱动消耗的电流尽量的小,但是只能接近100%,还是无法做到100%。

如何做到DutyCycle100%

那为什么有的芯片可以达到呢?其实从上面的结构图可以看出,如果把上面的NMOSFET换成PMOSFET,这样关闭上MOSFET时,使用Vin驱动G极,打开时,用0V电压驱动极,这样这个Boost电容就可以不用了。这样就可以做到上MOSFET持续导通。

但是前提是上MOSFET的Vgs之间电压足够开启PMOSFET,一般PMOSFET的开启电压大约是2V以上。所以我们可以看到这种做到100%DutyCycle的芯片,输入电压不能低于2V,保险一点就是2.5V左右。

如何判断芯片是否支持100%DutyCycle

从上面可以看出,一般地,上MOSFET使用NMOSFET的芯片,通常无法做到100%的DutyCycle。而使用PMOSFET作为上MOSFET的芯片,可以做到100%DutyCycle,当然也有其他办法。所以这个也不是必要条件,还有其他方法来做到100%,比如电荷泵。总之,能做到上管持续开启,都是可以的。

直观上看,芯片有个Boost管脚的芯片,无法做到100%DutyCycle,这种电源芯片通常支持的Vin电压较高。

相反的,没有使用Boost管脚的,基本都可以做到100%的DutyCycle,但是由于PMOSFET和NMOSFET之间的差异,PMOSFET的电流通常做不大。支持的电压也是比较低的。

另外,如果支持输入电压很高的高压芯片,一般还是使用Boost管脚来升压驱动上MOSFET。

文章到此结束,如果本次分享的dutycycle是什么意思?用法、例句和为什么电源芯片DutyCycle有的能达到100%,有的不能?的问题解决了您的问题,那么我们由衷的感到高兴!

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