高占空比Buck DC-DC设计：如何在Vin≈Vout时维持高效稳压？

在汽车电子系统中，电源需应对 5V–42V 宽输入范围（含冷启动与负载突降），同时为MCU、传感器等负载提供稳定低压输出（如5V或3.3V）。当输入电压接近输出电压（例如12V→11V）时，传统Buck转换器因无法实现高占空比（Duty >90%），常出现输出跌落、效率骤降甚至系统复位等问题。本文从工程角度解析高占空比Buck的设计难点，并介绍芯洲科技（SCT）两款创新方案如何突破限制。

一、为何传统Buck难以实现高占空比？

理想Buck占空比公式为：

但实际中，受限于以下因素：

上管导通压降（RDS(on) × IOUT）

电感直流电阻（RDCR）

最小关断时间（tmin_off）

尤其对于采用 NMOS上管 的集成Buck（主流方案），其栅极驱动依赖自举电荷泵（Bootstrap Charge Pump）。为给自举电容充电，必须保证下管导通一定时间（即 tmin_off），导致最大占空比被限制在 Dmax ≈ 1 – (tmin_off × fSW)。例如，若 tmin_off = 100ns、fSW = 2MHz，则 Dmax ≤ 80%，无法满足12V→11V（D=91.7%）需求。

而PMOS虽可实现100%占空比，但其导通电阻大、成本高、耐压低，不适用于车载高压大电流场景。

二、方案一：动态降频实现>95%占空比（SCT2630B）

芯洲科技的 SCT2630B（60V/3.5A 车规Buck）采用 Low-Dropout（LDO-like）模式：当检测到占空比接近极限时，自动线性降低开关频率，延长导通时间，从而提升有效占空比。

实测显示：在12V→12V（实际11.43V@2A）条件下，占空比达 95%，最小关断时间仅约200ns。同时，芯片将最低频率限制在 80kHz以上，避免进入人耳可听范围（<20kHz）引发的电感啸叫，并维持良好纹波性能。

该方案在保持NMOS高效率优势的同时，显著扩展了稳压范围，适用于12V电池直驱系统的“准LDO”场景。

三、方案二：内置稳压自举，实现真正100%直通（SCT2132Q）

更进一步，SCT2132Q（6V/3A 车规Buck）通过 内置Bootstrap Regulator 技术，彻底摆脱对SW节点泵压的依赖。其内部集成独立时钟与电荷泵电路，无需外部自举电容即可维持上管驱动电压。

当 VIN 降至接近 VOUT（如5.5V→3.3V），芯片先降频，随后进入 无开关直通模式（SW = VIN），实现 100% 占空比。对比同系列非LDO型号 SCT2130Q，前者在输入降至3.5V时仍能稳压输出3.3V，后者在4.5V即开始跌落。

此方案特别适合 3.3V/5V 常电系统（如CAN收发器、待机MCU），最大化利用电池能量，延长熄火后工作时间。

四、工程师选型建议

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