ZHCAE47 June 2024 LMR51610 , TPS629210
2.1 在 CCM 模式下工作的降壓轉換器的壓降估算
在降壓轉換器中，導致壓降的主要原因有兩個：占空比和電阻。方程式 1 顯示了這種關系。
方程式 1.
其中：
- Vduty 是由占空比引起的壓降
- VR 是由電阻導致的壓降
占空比引起的壓降很容易獲得，如方程式 2 所示。
方程式 2.
- Vin 是輸入電壓
- D 為占空比
為了進一步分析 MOSFET 引起的壓降，圖 2-1 展示了降壓轉換器的基本工作模式。
圖 2-1 工作模式在模式 1 中，高側 MOSFET 處于導通狀態，因此高側 MOSFET 和電感器可以建模為兩個電阻：Rmos1 和 RL。在模式 2 中，高側 MOSFET 處于關斷狀態，但低側 MOSFET 處于導通狀態，因此仍然有兩個電阻：Rmos2 和 RL。
根據工作模式，僅當高側 MOSFET 導通時，電池才會為系統供電。因此，基本概念涉及能量守恒和功率平衡。為了簡化計算，進行了一些假設：
- 電容器是理想的，這意味著輸出中沒有紋波
- 電感器平均電流等于 RMS 值
- 電池是穩定的直流電源
在一個周期中，電池或輸入電源提供的功率僅由電阻器消耗，然后提供給輸出。雖然存在一些開關損耗，但與電阻器引起的導通損耗相比，開關損耗可忽略不計。此外，壓降區域中的 SW 電壓相對較低，從而降低了開關損耗。
根據前面的分析可以得到功率平衡的公式。
方程式 3.
其中：
- Vin、Vout 為輸入和輸出電壓
- Iout、IL 為輸出電流和電感器平均電流
- Rmos1 和 Rmos2 為高側和低側 FET 的導通狀態電阻。
- T 為周期
- RL 為所用電感的直流電阻
根據方程式 3，IL 等于 Iout，這類似于假設 2，我們可以獲得簡化的 方程式 4。
方程式 4.
從方程式 4 可以看出，VinD 是占空比引起的壓降，后一個是等效電阻引起的壓降。
方程式 5.
方程式 6.
其中：
- P 是用于簡化公式的系數
方程式 5 提供了一種估算降壓轉換器壓降的便捷方法。一些 TI 降壓轉換器具有適合電池應用的 100% 占空比功能。在這些產品中，由于壓降是直接傳導的，因此可以使用方程式 7 輕松獲得壓降。
方程式 7.
在后面一章中，我們會進一步討論如何降低壓降以延長電池使用時間。