占空比(Duty Cycle)是描述开关电源中功率开关管导通时间比例的重要参数。计算公式为:
占空比(D) = 导通时间(Ton)/ 总周期时间(T) × 100%
其中:
• Ton:开关管一个周期内的导通时间
• T:开关周期(= 1 / 开关频率)
一、通用电路占空比计算
占空比由电路拓扑和工作模式决定:
- Buck电路(降压)
D = \frac{V_{out}}{V_{in}} (连续导通模式,忽略损耗) - Boost电路(升压)
D = 1 - \frac{V_{in}}{V_{out}} (连续导通模式) - Buck-Boost电路
D = \frac{V_{out}}{V_{out} + V_{in}} (连续导通模式)
注意:实际设计需考虑开关管压降、电感损耗等因素。
二、UC2843 占空比计算关键点
UC2843 是电流型PWM控制器,其占空比受 误差放大器输出(Comp引脚电压) 和 电流采样信号(CS引脚电压) 共同控制:
- 电流比较环节
当电感电流上升至阈值 V_{cs} = \frac{V_{comp} - 1V}{3} 时,开关管关断。
• V_{comp} :误差放大器输出(Comp引脚电压)
• 1V:内部偏移电压(误差放大器输出范围约1V~6V)
• 斜率补偿(通过RT/CT斜波加入) - 最大占空比限制
UC2843 无固有最大占空比限制,需外部设计:
• RCT 定时电阻:与 C_T 共同决定频率 f = \frac{1.72}{R_T \cdot C_T} 。
• 占空比上限:受内部逻辑限制,典型值约 90%~95%(芯片间差异)。 - 最小导通时间
由内部传播延迟决定(通常100-200ns),限制最小占空比。
三、UC2843 占空比计算步骤
- 设定开关频率
选择 R_T 和 C_T :\( f = \frac{1.72}{R_T (\text{k}\Omega) \cdot C_T (\text{nF})} \) - 测量Comp引脚电压( V_{comp} )
通过反馈环路调节 V_{comp} 。 - 计算峰值电流限制阈值
V_{cs} = \frac{V_{comp} - 1V}{3}
例如:若 V_{comp} = 4V ,则 \( V_{cs} = (4-1)/3 = 1V \) - 结合电流采样设计
实际占空比由电感电流斜率与斜率补偿电压交点决定。
• Ton公式:
D = \frac{T_{on}}{T}
其中 T_{on} 是电流从0上升到 I_{pk} 所需时间:
T_{on} = \frac{L \cdot I_{pk}}{V_{in}} ,而 I_{pk} = \frac{V_{cs}}{R_{sense}} - 计算示例(Buck电路)
• 输入 V_{in} = 24V ,输出 V_{out} = 12V , L = 50\mu H
• R_{sense} = 0.1\Omega , V_{comp} = 3V → \( V_{cs} = (3-1)/3 ≈ 0.67V \)
• I_{pk} = V_{cs}/R_{sense} = 6.7A
• \( T_{on} = L \cdot I_{pk} / (V_{in} - V_{out}) = 50\mu H \cdot 6.7A / 12V ≈ 27.9\mu s \)
• 若频率 f = 100kHz ( T = 10\mu s ),则 D = 27.9/10 = 279%(明显错误,实际受斜率补偿和周期限制)。
修正:占空比理论极限应 ≤95%,表明需重新设计 R_{sense} 、 V_{comp} 或开关频率。
四、注意事项
- 斜率补偿:
在占空比 > 50% 时需添加斜坡补偿,避免次谐波振荡。在UC2843中可通过CT斜波叠加实现。 - 误差范围:
受电感量公差、传播延迟等影响,实际占空比可能与理论值偏差5%-10%。 - 最小占空比:
受Ton_min限制(UC2843约150ns),低压差输出需降低频率。 - 干扰设计:
CS引脚的RC滤波会引入延迟,需折中响应速度和抗噪能力。
总结
UC2843的占空比由 Comp电压、电感电流采样值、斜率补偿 及 频率设定 共同决定。设计时需:
- 根据拓扑计算目标占空比范围;
- 合理选择 R_T 、 C_T 确定频率;
- 配置电流采样电阻 R_{sense} 和反馈环路;
- 优化斜率补偿网络(尤其占空比>50%时)。
如需特定拓扑(如反激、正激)的详细计算,可进一步说明应用场景,我会补充具体设计方法。