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BUCK电路输入电压最小值和最大值的限制因素是什么?

0. 简介

我们在前文

BUCK电路输出电压最小值和最大值的限制因素是什么?

中分析了BUCK电路输出电压 V_OUT 的限制因素,在输入电压 V_IN 不变的情况下,输出电压 V_OUT 与占空比 D 成正比关系。

本文,我们继续讨论,在维持输出电压 V_OUT 不变的情况下,输入电压 V_IN 可取的最小值和最大值,其公式化表达是怎样的...

1. 限制因素1——漏源耐压

图1 同步BUCK电路拓扑

图2 同步BUCK电路的开关节点(Phase)波形

参考同步降压电路拓扑以及PH节点的电压波形,当低边开关管在TOFF时间内导通时,高边开关管的漏极电压是输入电压 V_IN ,高边开关管的源极是通过低边开关管导通而接地的,所以高边开关管漏极-源极之间的电压就等于输入电压 V_IN 。

所以,在已经确定了高边开关管MOSFET型号的情况下,降压电路输入电压最大值硬性条件就是,不能超过转换器芯片内部或控制器芯片外部开关管MOSFET漏源耐压值,否则可能导致MOSFET高压击穿。

2. 限制因素2——占空比或导通关断时间

基于占空比公式(3.91)可知,降压电路的输入电压可以表示为(3.126)

所以,在输出电压 V_OUT 恒定的情况下,降压电路输入电压最小值和最大值分别表示为

可见,在输出电压 V_OUT 恒定的情况下,降压电路的输入电压与占空比成反比关系。

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,在输出电压 V_OUT 恒定的情况下,基于输出电压、开关频率、导通时间最小值和关断时间最小值的降压电路输入电压的表达式分别为(3.129)(3.130)

可见,在输出电压 V_OUT 和开关频率 F_SW 恒定的情况下,降压电路输入电压 V_IN 与导通时间成反比关系,与关断时间成正比关系。

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