在 [BUCK电路输出电压最小值和最大值的限制因素是什么?] 中,我们分析了BUCK电路输出电压大小的限制因素...
在 [非同步降压电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式推导] 中分析的是具体的非同步BUCK电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式...
本文,我们分析同步BUCK电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式...
1. 规格书中给出的公式
上述是ADP5014规格书中给出的同步BUCK电路输出电压最小值和最大值理论计算公式;那么,这两个公式是如何推导而来的呢?本文就分析其推导过程。
2. 具体推导过程
基于占空比公式(3.90)解得输出电压为(这里占空比直接用 D 表示)公式(3.121)
如前所述,输出电压与占空比成正比关系。将功率电感直流电阻压降 V_DCR 公式(3.107)、高边开关管导通压降 V_(DS(ON)-H) 公式(3.108)和低边开关管导通压降 V_(DS(ON)-L) 公式(3.109)代入上述公式(3.121),同步降压电路输出电压最小值和最大值可以表示为(3.122)和(3.123)
公式(3.122)和(3.123)就是同步BUCK电路输出电压最小值和最大值精确的计算公式。
这里可见,在其他参数不变的情况下,基于占空比这个参数,同步BUCK电压输出电压的最小值和最大值,与占空比的最小值和最大值是对应的。
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参考 [占空比大小的限制因素是什么?] 中的内容,占空比的最小值、最大值分别与最小导通时间、最小关断时间成正比,也就是公式(3.97)(3.98)
所以,将占空比最小值公式(3.97)和最大值公式(3.98)代入上述公式(3.122)和(3.123),同步降压电路输出电压最小值和最大值又可以表示如下:
上述公式(3.122) (3.123) (3.124) (3.125),就是在考虑了功率电感直流电阻 R_DC 、高边开关管导通电阻 R_(DS(ON)-H) 和低边开关管导通电阻 R_(DS(ON)-L) 三个参数,而且其他参数不变的情况下,精确的同步降压电路输出电压最小值和最大值计算公式。
同步BUCK电路输出电压能够取得的最小值,与占空比、最小导通时间成正比关系;能够取得的最大值,与占空比成正比关系,与最小关断时间成反比关系。
3. 基于LM5161PWPR的计算实例
根据 LM5161PWPR 规格书,该器件最小导通时间典型值为 270 ns (TON Test 2 VIN = 48 V, RON = 100 kΩ),最小关断时间典型值为 200 ns;HIGH-SIDE MOSFET 导通电阻典型值为 0.58 Ω,LOW-SIDE MOSFET 导通电阻典型值为 0.24 Ω;
根据该实例中选取的功率电感型号 DR125-101-R 规格书,该电感的 DCR 为 0.17 Ω;另外,输入电压使用典型值 48V,开关频率使用 300 kHz,负载电流使用 1A。
根据公式 (3.124) 和 (3.125),计算该电路中输出电压可以取得的最小值和最大值分别如下:
Vout,min = 270ns * 300kHz * [ 48V - 1A*(0.58Ω - 0.24Ω) ] - 1A*(0.24Ω + 0.17Ω) = 3.45V
Vout,max = (1 - 200ns*300kHz) * [ 48V - 1A*(0.58Ω - 0.24Ω) ] - 1A*(0.24Ω + 0.17Ω) = 44.39V
所以,该电路实例能够实现的输出电压最小值和最大值分别为3.45V和44.39V。