固定頻率工作的降壓穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)

大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器都依賴于專用時(shí)鐘蕩器來確定開關(guān)頻率。電源控制器內(nèi)的一個(gè)專用振蕩器電路通常產(chǎn)生這一時(shí)鐘信號。有一類磁滯開關(guān)穩(wěn)壓器，即使在輸入線路和輸出負(fù)載變化的情況下，無需時(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(xù)導(dǎo)通模式工作的簡化的降壓型穩(wěn)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(shù)D為TON/TS，其中TON為Q1的導(dǎo)通時(shí)間，TS為開關(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(wěn)壓器中，輸出電壓等于開關(guān)占空系數(shù)乘以輸入電壓
　　

現(xiàn)在請看一個(gè)穩(wěn)壓器電路，它采用的是一個(gè)可使Q1的導(dǎo)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(wěn)壓器。該穩(wěn)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(wěn)壓器內(nèi)的兩個(gè)主要穩(wěn)壓部件是導(dǎo)通定時(shí)器和穩(wěn)壓比較器。比較器監(jiān)測輸出電壓。如果輸出電壓低于目標(biāo)值
，比較器就使輸出開關(guān)導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間由開啟定時(shí)器確定。導(dǎo)通定時(shí)器的時(shí)間周期為TON=KRON/VIN，其中K為常數(shù) (1.3×10-10)，R為配置電阻器，VIN為輸入電壓。如果現(xiàn)在將TON代入前面的降壓穩(wěn)壓器公式，就會得到有趣的結(jié)果： VOUT/VIN=FSKRON/VIN。如果求解FS，就得到FS=VOUT/KRON。因?yàn)閂OUT仍然是被穩(wěn)壓的，而K和RON項(xiàng)為常數(shù)，所以開關(guān)頻率是保持恒定不變。
　　假定電感器電流仍是連續(xù)的，則恒定頻率關(guān)系仍然有效。在輕負(fù)載情況下，電感器中的電流變成不連續(xù)的。（電感器電流在開關(guān)周期的部分時(shí)間內(nèi)為零。）不連續(xù)操作一開始，開關(guān)頻率就開始下降。這種下降是一種可取的特性，能在負(fù)載降低時(shí)保持高效率，因?yàn)樵谳^低開關(guān)頻率下開關(guān)損耗會大大降低。不連續(xù)模式下的開關(guān)頻率推導(dǎo)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，開關(guān)頻率的變化與輸出電阻ROUT相反。
　　無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(xiàn)的降壓穩(wěn)壓器。不必?fù)?dān)心任何回路補(bǔ)償或穩(wěn)定性問題。由于電路沒有限制帶寬的反饋元件，所以瞬時(shí)響應(yīng)非?？?。工作頻率在大部分輸出功率范圍內(nèi)保持恒定不變，這取決于電感器值和負(fù)載，在輕負(fù)載下會出現(xiàn)所期望的工作頻率下降。

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