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01、背景簡介
上圖所示，根據(jù)規(guī)格書或產(chǎn)品介紹，ADP2389ACPZ-R7同步降壓轉(zhuǎn)換器件支持的開關(guān)頻率從200kHz到2200kHz，我設(shè)計的開關(guān)頻率是Fsw = 2200kHz，從輸入Vin = 5.0V轉(zhuǎn)換為輸出Vout = 1.0V，但是實際卻輸出1.111V，比預(yù)期高了0.111V，為什么呢？如果說這0.111V是紋波電壓的話，那這紋波電壓占比達到了100*(0.111/1.0)=11.10%，相對較高…
此文分析，為何基于ADP2389ACPZ-R7器件，在2200kHz下無法從5.0V轉(zhuǎn)換得到1.0V…
02、原因分析
上圖所示，參考《開關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應(yīng)用》公式(3.96)(3.105)，在輸入電壓5.0V、輸出電壓1.0V、開關(guān)頻率2200kHz條件下，對應(yīng)的占空比為D = 1.0 / 5.0 = 20% ，對應(yīng)的導(dǎo)通時間為 Ton = 0.2 / 2200 kHz = 90ns …
上圖所示，在開關(guān)頻率為2200kHz時，對應(yīng)的開關(guān)周期為1 / 2200kHz = 450 ns 。
這就意味著，要在450ns的開關(guān)周期內(nèi)將輸入5.0V轉(zhuǎn)換為輸出1.0V，允許的高邊開關(guān)管導(dǎo)通時間 Ton 需要是 90ns。
上圖所示，是ADP2389ACPZ-R7規(guī)格書中電氣特性的描述，其中說明了該轉(zhuǎn)換器的最小導(dǎo)通時間（Minimum On Time）是 100ns ，F(xiàn)sw = 2200kHz 、Vin = 5.0V 、 Vout = 1.0V 條件下的 Ton = 90ns 已經(jīng)小于該轉(zhuǎn)換器的最小導(dǎo)通時間 100ns ，是無法實現(xiàn)的工況。
那么，基于 Ton,min = 100ns 反向計算輸出電壓可得 Vout = Ton,min * Fsw * Vin = 100ns * 2200kHz * 5.0V = 1.100V，在忽略計算誤差的情況下，剛好就是前文提到的“實際輸出電壓1.111V”。
以上就是基于ADP2389ACPZ-R7器件在Fsw = 2200kHz頻率下無法實現(xiàn)從Vin = 5.0V到Vout = 1.0V的原因。所以說，降壓控制器或轉(zhuǎn)換器廠商宣稱支持的開關(guān)頻率，并不能支持所有工況，僅能在特定的工況下支持；換句話說，降壓控制器或轉(zhuǎn)換器能夠支持的開關(guān)頻率，與具體的工況有關(guān)。
此例中，如果要基于ADP2389ACPZ-R7器件實現(xiàn)從Vin = 5.0V到Vout = 1.0V，該如何破解呢？
03、破解之道
聰明的讀者已經(jīng)注意到了前文提到的輸出電壓計算公式 Vout = Ton,min * Fsw * Vin ，由此可見，在最小導(dǎo)通時間Ton,min 、輸入電壓Vin都不變的情況下，減小Vout的唯一方法就是降低開關(guān)頻率Fsw。
如果將開關(guān)頻率從2200kHz降低到1600kHz能否實現(xiàn)？
開關(guān)頻率1600kHz對應(yīng)的開關(guān)周期為625ns，在占空比為0.2的情況下，使用公式(3.96)計算得到對應(yīng)的導(dǎo)通時間為 Ton = 0.2 * 625ns = 125ns ，是大于ADP2389ACPZ-R7器件最小導(dǎo)通時間 Ton,min = 100ns的，是可以實現(xiàn)的。
04、追根溯源
為何會出現(xiàn)限制輸出電壓與輸入電壓之比（也就是占空比）的最小導(dǎo)通時間 Ton,min 這個參數(shù)？
原因在于，許多開關(guān)電源控制器或轉(zhuǎn)換器的電感電流是在導(dǎo)通時間內(nèi)測量的。測量到的電流參數(shù)用于過流保護，并用于根據(jù)電流閉環(huán)控制原理（電流模式控制）工作的穩(wěn)壓器中。環(huán)路調(diào)節(jié)也需要電流參數(shù)。在開關(guān)瞬變后，必須先降低產(chǎn)生的噪音才能進行準確的電流測量。這需要一些時間，也稱為消隱時間。尤其對于MHz級別的極高開關(guān)頻率，最小導(dǎo)通時間的影響也更大。
所以，對于低占空比，例如降壓型開關(guān)穩(wěn)壓器中的高輸入電壓和低輸出電壓，最小導(dǎo)通時間是關(guān)鍵限制。它通常會限制支持開關(guān)模式電源工作的最大開關(guān)頻率。
05、小結(jié)
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(復(fù)制到瀏覽器打開)，TPS54561規(guī)格書中給出的參考設(shè)計實例，實際可行的開關(guān)頻率是708kHz，綜合效率等其他因素，選擇了開關(guān)頻率為400kHz；雖然該器件宣稱能達到2.5MHz開關(guān)頻率，但并不適用于所有應(yīng)用場景，原因即是此文分析...
開關(guān)頻率可以決定很多元件或參數(shù)的選型，反過來，開關(guān)頻率又受很多參數(shù)的限制；一如“權(quán)力與義務(wù)是相互依存、相互促進、相互統(tǒng)一的關(guān)系”，開關(guān)頻率與其他參數(shù)同理...
