本文，我們分析下BUCK電路占空比最小值和最大值的限制因素是什么？

1. 占空比大小的限制因素是什么？

參考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW），這里需要重點說明的是，因為受制于制造工藝或成本，降壓控制器芯片或轉換器芯片通常都會有“最小導通時間”（Minimum On Time, T_(ON,MIN)）和“最小關斷時間”（Minimum Off Time, T_(OFF,MIN)）這兩個參數(shù)，實際的導通時間 T_ON 必然滿足：

T_(ON,MIN) < T_ON < T_SW

所以，降壓電路的占空比取值范圍必然在0至1之間，即 0<D<1 。

參考公式(3.86)（D=T_ON×F_SW）和(3.87)（D=1-T_OFF×F_SW），在開關頻率（或開關周期）不變的情況下，實際占空比在0至1之間能夠取得的最小值和最大值分別為

可見，降壓電路占空比最小值決定于降壓轉換器芯片或控制器芯片的導通時間最小值 T_(ON,MIN) ，占空比最大值決定于關斷時間最小值 T_(OFF,MIN) 。

這里需要說明的是，從公式(3.81)（D=T_ON/T_SW ）、(3.97)和(3.98)可見，占空比這個參數(shù)是與開關頻率（或開關周期）有關的；所以，在說某個開關轉換器或控制器的占空比最小值和最大值時，必須是基于某個固定開關頻率下的。如果某器件的規(guī)格書中僅給出 D_MIN 或 D_MAX ，而沒有給出測試條件是哪個開關頻率，這是不嚴謹?shù)摹?/p>

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如下 ADP5014、TPS55340 規(guī)格書所示，Minimum On Time 參數(shù)的測試條件 Test Conditions 是有標明開關頻率的。TPS55340 標明了Rfreq = 80k 相當于開關頻率典型值為 577 kHz。

但是，如下ISL8117、LM3489、LM43601規(guī)格書所示，多數(shù)BUCK轉換器或控制器芯片規(guī)格書中都沒有說明 Minimum On Time 參數(shù)的測試條件，這是不嚴謹?shù)摹?/span>

2. 為什么必須存在Minimum On Time和Minimum Off Time？

降壓控制器或轉換器具有“最小導通時間(Minimum On Time)”，這個容易理解，因為無論輸出電壓和負載電流有多小，高邊開關總要有一定的開啟時間，才能對功率電感和輸出電容充電。

如下圖 3.14所示，開關電源需要“最小導通時間”的原因之一是，高邊開關管電流波形上具有電流尖峰，為了防止這種電流尖峰觸發(fā)OCP功能，需要在尖峰電流這段時間內(nèi)忽略電流檢測功能。具有尖峰電流的這段時間，通常被稱為“消隱時間(Blanking Time)”。

因此，開關電源電路的“最小導通時間”必須大于“消隱時間”，才能保證電路正常工作。

圖 3.14 高邊開關管電流波形上的電流尖峰

參考 5.10.1 開關電源為何需要自舉電路？ 文章，降壓控制器或轉換器具有“最小關斷時間(Minimum Off Time)”，最簡單直接的原因之一是，需要低邊開關管導通給自舉電容充電，為下一個周期高邊開關管導通做準備。

3. 小結

本文分析了BUCK電路占空比最小值和最大值的限制因素，分別限制于“最小導通時間”和“最小關斷時間”；討論了“最小導通時間”和“最小關斷時間”存在的必要性。

那么，你還知道哪些“最小導通時間”和“最小關斷時間”存在的必要性？歡迎留言討論。

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