为何我的BUCK电路无法达到器件宣称的开关频率？-电源网星球号

????关注“电源先生”，解析开关电源????

/ 背景简介 /

上图所示，根据规格书或产品介绍，ADP2389ACPZ-R7同步降压转换器件支持的开关频率从200kHz到2200kHz，我设计的开关频率是Fsw = 2200kHz，从输入Vin = 5.0V转换为输出Vout = 1.0V，但是实际却输出1.111V，比预期高了0.111V，为什么呢？如果说这0.111V是纹波电压的话，那这纹波电压占比达到了100*(0.111/1.0)=11.10%，相对较高…

此文分析，为何基于ADP2389ACPZ-R7器件，在2200kHz下无法从5.0V转换得到1.0V…

/ 原因分析 /

上图所示，参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》公式(3.96)(3.105)，在输入电压5.0V、输出电压1.0V、开关频率2200kHz条件下，对应的占空比为D = 1.0 / 5.0 = 20% ，对应的导通时间为 Ton = 0.2 / 2200 kHz = 90ns …

上图所示，在开关频率为2200kHz时，对应的开关周期为1 / 2200kHz = 450 ns 。

这就意味着，要在450ns的开关周期内将输入5.0V转换为输出1.0V，允许的高边开关管导通时间 Ton 需要是 90ns。

上图所示，是ADP2389ACPZ-R7规格书中电气特性的描述，其中说明了该转换器的最小导通时间（Minimum On Time）是 100ns ，Fsw = 2200kHz 、Vin = 5.0V 、 Vout = 1.0V 条件下的 Ton = 90ns 已经小于该转换器的最小导通时间 100ns ，是无法实现的工况。

那么，基于 Ton,min = 100ns 反向计算输出电压可得 Vout = Ton,min * Fsw * Vin = 100ns * 2200kHz * 5.0V = 1.100V，在忽略计算误差的情况下，刚好就是前文提到的“实际输出电压1.111V”。

以上就是基于ADP2389ACPZ-R7器件在Fsw = 2200kHz频率下无法实现从Vin = 5.0V到Vout = 1.0V的原因。所以说，降压控制器或转换器厂商宣称支持的开关频率，并不能支持所有工况，仅能在特定的工况下支持；换句话说，降压控制器或转换器能够支持的开关频率，与具体的工况有关。

此例中，如果要基于ADP2389ACPZ-R7器件实现从Vin = 5.0V到Vout = 1.0V，该如何破解呢？

/ 破解之道 /

聪明的读者已经注意到了前文提到的输出电压计算公式 Vout = Ton,min * Fsw * Vin ，由此可见，在最小导通时间Ton,min 、输入电压Vin都不变的情况下，减小Vout的唯一方法就是降低开关频率Fsw。

如果将开关频率从2200kHz降低到1600kHz能否实现？

开关频率1600kHz对应的开关周期为625ns，在占空比为0.2的情况下，使用公式(3.96)计算得到对应的导通时间为 Ton = 0.2 * 625ns = 125ns ，是大于ADP2389ACPZ-R7器件最小导通时间 Ton,min = 100ns的，是可以实现的。

/ 追根溯源 /

为何会出现限制输出电压与输入电压之比（也就是占空比）的最小导通时间 Ton,min 这个参数？

原因在于，许多开关电源控制器或转换器的电感电流是在导通时间内测量的。测量到的电流参数用于过流保护，并用于根据电流闭环控制原理（电流模式控制）工作的稳压器中。环路调节也需要电流参数。在开关瞬变后，必须先降低产生的噪音才能进行准确的电流测量。这需要一些时间，也称为消隐时间。尤其对于MHz级别的极高开关频率，最小导通时间的影响也更大。

所以，对于低占空比，例如降压型开关稳压器中的高输入电压和低输出电压，最小导通时间是关键限制。它通常会限制支持开关模式电源工作的最大开关频率。

/ 小结 /

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/1166805/tps54561-supports-a-switching-frequency-range-of-100-khz-to-2-5-mhz

如上所示(复制到浏览器打开)，TPS54561规格书中给出的参考设计实例，实际可行的开关频率是708kHz，综合效率等其他因素，选择了开关频率为400kHz；虽然该器件宣称能达到2.5MHz开关频率，但并不适用于所有应用场景，原因即是此文分析...

开关频率可以决定很多元件或参数的选型，反过来，开关频率又受很多参数的限制；一如“权力与义务是相互依存、相互促进、相互统一的关系”，开关频率与其他参数同理...

推荐阅读：BUCK电路功率电感的取值，TI工程师搞错了吗？

关注“电源先生”，“在看”，与朋友“分享”你的世界⇘⇘