01

/ 简介 /

图 2，BUCK降压电路的导通模式和开关频率

图 2所示，为了能够讲清楚CCM / DCM /DEM / PSM / Burst Mode / PWM / PFM 这些概念的关系，我画了这张图，期望在这篇文章中能够把它们讲清楚。

参考文章：

什么是DCM？什么是DEM？二者等同吗？

非连续导通模式(DCM)和跳脉冲模式(PSM)大揭秘，二者等同吗？差异有哪些？

跳脉冲模式(PSM)与突发模式(Burst Mode)大揭秘，二者等同吗？差异有哪些？

02

/ 电感电流是否连续：从CCM到DCM的关键点 /

图 3，BUCK降压电路的CCM模式

图 3所示，在BUCK降压电路中，电感电流（瞬时值）是三角波形状。

电感电流的中心值或平均值，等于负载电流 IOUT（这个结论在《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“3.3.5 电感的平均电流”章节中有两种严格的公式推导）。

电感电流的峰峰值，又叫做纹波电流，表示为 ∆IL ，其理论值大小等于纹波电流系数与负载电流的乘积，也就是 ∆IL = r × IOUT 。

参考《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》“3.3.2 电流纹波系数”章节，或者直接分析图 3中波形的几何关系，可知BUCK电路从CCM到DCM基于I（电流）值的“关键条件”表述：

当 IOUT > ∆IL/2 时，降压电路工作在CCM模式，图 3所示；

当 IOUT = ∆IL/2 时，降压电路工作在BCM模式，图 4所示；

当 IOUT < ∆IL/2 时，降压电路工作在DCM模式，图 5所示。同时，参考图 2，我们将 I(OUT,TON,MIN) < IOUT < ∆IL/2 对应称为“狭义DCM”，将包括“狭义DCM”、跳脉冲模式PSM（Pulse Skip Mode）和突发模式（Burst Mode）在内的三种模式称为“广义DCM”。

图 4，BUCK降压电路的BCM/CRM模式

图 5，BUCK降压电路的DCM模式

由此可见，参考图 2，在BUCK电路中，随着负载电流从 I_(OUT,MAX) 逐渐减小到等于 ∆IL/2 时，对应导通从CCM过渡到BCM/CRM；随着负载电流继续减小到了 ∆IL/2 > I_OUT > I_(OUT,TON,MIN) 区间时，导通模式从BCM/CRM过渡到DCM状态。这里，将最小导通时间 T_(ON,MIN) 对应的负载电流表示为 I_(OUT,TON,MIN) 。

关键特点总结：

• 在这些导通模式中，随着负载电流从 I_(OUT,MAX) 逐渐减小到 I_(OUT,TON,MIN) ，占空比也从 D_MAX 逐渐减小到 D_MIN = T_(ON,MIN) / T_SW 。

• 在这些导通模式中，以传统的PWM架构（而不是COT架构）的BUCK为例，开关频率是始终不变的。

03

/ 开关频率是否改变：从PWM到PFM的关键点 /

书接前文，随着负载电流从 I_(OUT,MAX) 逐渐减小到 I_(OUT,TON,MIN) ，占空比也从 D_MAX 逐渐减小到 D_MIN = T_(ON,MIN) / T_SW ，也就是导通时间被逼到了墙角，达到了器件能够工作的最小值 T_(ON,MIN) ，即使负载电流继续减小，导通时间已经小无可小了。

如果负载电流进一步减小，也就是 I_(OUT,TON,MIN) > I_OUT > I_(OUT,S,B) 的时候，电路会进入PSM（Pulse Skip Mode）模式，图 6所示。

如果负载电流进一步减小，也就是 I_(OUT,S,B) > I_OUT 的时候，电路会进入Burst Mode，图 7所示。

图 6，BUCK降压电路的跳脉冲模式(Pulse Skip Mode)

图 7，BUCK降压电路的跳突发模式(Burst Mode)

关键特点总结：

• 随着负载电流进一步减小，以传统的PWM架构（而不是COT架构）的BUCK为例，开关频率开始减小或者从PWM过渡到PFM的边界是 T_(ON,MIN) 这个参数。

• 图 2中“占空比/导通时间”这列，上面“大”使用 D_MAX ，下面“小”使用 T_(ON,MIN) ，本质上是相同的。因为有 F_SW 或 T_SW 不变，而占空比和导通时间又满足关系式 T_ON = D × T_SW ，所以占空比和导通时间这两个参数是正比关系。

• 参考图 2，在PFM这种开关频率变化的调制模式下，对应的导通模式是PSM（Power Saving Mode），具体可以进一步细分为跳脉冲模式（Pulse Skip Mode）和突发模式（Burst Mode）。

• 跳脉冲模式（Pulse Skip Mode）和突发模式（Burst Mode）两种模式的边界电流是 I_(OUT,S,B) ，一如CCM和DCM两种模式的边界电流是 ∆IL/2 。

/ 这么多模式，我太难了？ /

转换个电压而已，为什么需要这么多模式？这个问题其实与人们从线性电源转而拥抱开关电源的目的一样，都是为了更高的转换效率，为了能够在全负载范围内得到更加平坦的效率曲线，图 8所示。

图 8，模式更多，效率更好

别担心，作为硬件/电源工程师的我们，只需要设计好芯片外围电路即可，这些模式如何“智能”“动态”转换，是芯片设计工程师/模拟IC工程师该考虑好的。被设计良好的BUCK芯片，必须能够“智能”地应对各种负载条件。

/ 为什么会认为DCM开关频率不固定，应该比CCM开关频率更小？ /

至少在我的认知中，以传统的PWM架构（而不是COT架构）的BUCK为例，CCM / BCM(CRM) / DCM / DEM 这几种模式的开关频率必然是相同的。

之所以有人认为DCM开关频率比CCM开关频率更小，是因为将除了CCM之外、包括BCM(CRM) / DCM / DEM / Pulse Skip Mode / Burst Mode 在内的这些模式都归类为了“不连续导通DCM”，这里“不连续导通”的DCM可以认为是“广义DCM”。同时，Pulse Skip Mode / Burst Mode这两种模式下的开关频率确实会减小。所以有：

CCM对应PWM，开关频率是不变的；DCM对应PFM，开关频率相对PWM是会减小的。

又或者是，因为每个工程师的理解不同，有些工程师认为没有必要细分，只需要区分CCM、DCM（广义）或者PWM、PFM即可，比如如下所示某大厂器件规格书 图13、图14就只给出了PFM和PWM，没有进行细分。

/ 小结 /

参考图 2，从此文更加细分的角度看，有以下两点结论：

图 2，BUCK降压电路的导通模式和开关频率

① 在占空比/导通时间在 D_MAX ~ T_(ON,MIN) 或者负载电流在 I_(OUT,MAX) ~ I_(OUT,TON,MIN) 这段工况内，调制模式都是PWM，开关频率是固定不变的。这里，从电感电流是否连续的角度看，如果电感电流连续（或临界，最小值等于0），对应的就是CCM / BCM（或CRM）连续导通模式；如果电感电流不连续，对应的就是DCM（非同步BUCK电路）或DEM（同步BUCK电路）。

② 在导通时间小于 T_(ON,MIN) 或负载电流小于 I_(OUT,TON,MIN) 时，调制模式切换到PFM，相对PWM的开关频率更小了。从电感电流的角度看，对应在PSM（Power Saving Mode），该模式具体又可以根据边界电流 I_(OUT,S,B) 细分为跳脉冲模式（Pulse Skip Mode）和突发模式（Burst Mode）。