固定頻率工作的降壓穩壓器設計

大多數開關穩壓器都依賴于專用時鐘蕩器來確定開關頻率。電源控制器內的一個專用振蕩器電路通常產生這一時鐘信號。有一類磁滯開關穩壓器，即使在輸入線路和輸出負載變化的情況下，無需時鐘，實際上也可以以相對固定的頻率工作。圖1示出了一種以連續導通模式工作的簡化的降壓型穩壓器。（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Q1的占空比，VIN為輸入電壓。在固定頻率工作時的占空系數D為TON/TS，其中TON為Q1的導通時間，TS為開關頻率周期1/FS。對電路進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 在典型的降壓型穩壓器中，輸出電壓等于開關占空系數乘以輸入電壓
　　

現在請看一個穩壓器電路，它采用的是一個可使Q1的導通時間TON與輸入電壓VIN成反比的電路，而不是一個固定時鐘及一個PWM。圖2示出了一個基于這個原則的穩壓器。該穩壓器不包含時鐘振蕩器，但是即使在輸入電壓從14V變化到75V時，仍然保持固定的工作頻率。這一穩壓器內的兩個主要穩壓部件是導通定時器和穩壓比較器。比較器監測輸出電壓。如果輸出電壓低于目標值
，比較器就使輸出開關導通，導通時間由開啟定時器確定。導通定時器的時間周期為TON=KRON/VIN，其中K為常數 (1.3×10-10)，R為配置電阻器，VIN為輸入電壓。如果現在將TON代入前面的降壓穩壓器公式，就會得到有趣的結果： VOUT/VIN=FSKRON/VIN。如果求解FS，就得到FS=VOUT/KRON。因為VOUT仍然是被穩壓的，而K和RON項為常數，所以開關頻率是保持恒定不變。
　　假定電感器電流仍是連續的，則恒定頻率關系仍然有效。在輕負載情況下，電感器中的電流變成不連續的。（電感器電流在開關周期的部分時間內為零。）不連續操作一開始，開關頻率就開始下降。這種下降是一種可取的特性，能在負載降低時保持高效率，因為在較低開關頻率下開關損耗會大大降低。不連續模式下的開關頻率推導如下：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、容易實現的降壓穩壓器。不必擔心任何回路補償或穩定性問題。由于電路沒有限制帶寬的反饋元件，所以瞬時響應非常快。工作頻率在大部分輸出功率范圍內保持恒定不變，這取決于電感器值和負載，在輕負載下會出現所期望的工作頻率下降。

圖2 在這一降壓型穩壓器中，開關頻率在很寬的輸入電壓范圍內保持恒定不變。