固定频率工作的降压稳压器设计

固定频率工作的降压稳压器设计

      大多数开关稳压器都依赖于专用时钟荡器来确定开关频率。电源控制器内的一个专用振荡器电路通常产生这一时钟信号。有一类磁滞开关稳压器，即使在输入线路和输出负载变化的情况下，无需时钟，实际上也可以以相对固定的频率工作。图1示出了一种以连续导通模式工作的简化的降压型稳压器。（电感器电流总是保持为正。）输出电压VOUT等于DVIN，其中D为降压开关Q1的占空比，VIN为输入电压。在固定频率工作时的占空系数D为TON/TS，其中TON为Q1的导通时间，TS为开关频率周期1/FS。对电路进行重新安排和元件替换，便可得出如下公式：D=VOUT/VIN=TON/(1/FS)=TONFS。

图1 在典型的降压型稳压器中，输出电压等于开关占空系数乘以输入电压
　　

      现在请看一个稳压器电路，它采用的是一个可使Q1的导通时间TON与输入电压VIN成反比的电路，而不是一个固定时钟及一个PWM。图2示出了一个基于这个原则的稳压器。该稳压器不包含时钟振荡器，但是即使在输入电压从14V变化到75V时，仍然保持固定的工作频率。这一稳压器内的两个主要稳压部件是导通定时器和稳压比较器。比较器监测输出电压。如果输出电压低于目标值，比较器就使输出开关导通，导通时间由开启定时器确定。导通定时器的时间周期为TON=KRON/VIN，其中K为常数 (1.3×10-10)，R为配置电阻器，VIN为输入电压。如果现在将TON代入前面的降压稳压器公式，就会得到有趣的结果： VOUT/VIN=FSKRON/VIN。如果求解FS，就得到FS=VOUT/KRON。因为VOUT仍然是被稳压的，而K和RON项为常数，所以开关频率是保持恒定不变。

      假定电感器电流仍是连续的，则恒定频率关系仍然有效。在轻负载情况下，电感器中的电流变成不连续的。（电感器电流在开关周期的部分时间内为零。）不连续操作一开始，开关频率就开始下降。这种下降是一种可取的特性，能在负载降低时保持高效率，因为在较低开关频率下开关损耗会大大降低。不连续模式下的开关频率推导如下：峰值电感器电流IP=VINTON/L=VINKRON/LVIN=KRON/L，其中L为输出电感器值。输出功率为POUT=VOUT2/ROUT=LIP2F/2=FK2RON2/L。求解F：F=(VOUT2L)/(ROUTK2RON2)。正如你所看到的，开关频率的变化与输出电阻ROUT相反。
　　无振荡器的固定频率工作方式可提供一种低成本的、容易实现的降压稳压器。不必担心任何回路补偿或稳定性问题。由于电路没有限制带宽的反馈元件，所以瞬时响应非常快。工作频率在大部分输出功率范围内保持恒定不变，这取决于电感器值和负载，在轻负载下会出现所期望的工作频率下降。

图2 在这一降压型稳压器中，开关频率在很宽的输入电压范围内保持恒定不变。