Buck电路的工作模式,常见的工作模式是有四种:CCM、BCM、DCM、FCCM(强制连续导通模式)。
上面提到了4种工作模式,这里重点解析下CCM、BCM和DCM。FCCM后面再做专题解析。下图,3条曲线依次是上述3种模式的电感电流曲线。
前两条曲线,我们可以看到清晰的ton和toff,这里ton+toff=T。对应异步Buck电路,ton是上管Q1导通,D反向截止的时间。toff是上管Q1关断,D正向导通的时间。
第3条曲线,我们看到有ta,tb和tc。ta对应前面的ton;tb对应前面的toff;tc为系统闲置时间,是L储存的能量释放完,回路中电流已降为零,上管Q1仍然关断,D也关断,而一个开关周期T仍未结束,新的开关周期尚未开始。此时ta+tb≠T,ta+tb+tc=T。由此,也说明了在DCM下toff≠(1-D)*T。
观察上图,我们可以发现:
这里,我们可以得出结论:通过电感电流归零的状态,来辨别Buck电路的工作状态。如果仅仅是回答本小节的问题,看到这里就可以了。但是想要深入了解DCM模式,我们有必要再往下深挖。
Buck电路在稳态时,开关管在导通时电感电流的增量ΔiL+等于在开关管截止期间电感电流的减量ΔiL-。
为方便计算,我们将ton对应的ta时间起点定义为0,ta结束时间节点标记为t1,toff对应的tb结束时间节点标记为t2,系统闲置tc结束时间节点标记为t3。
因此,电感电流在0-t1时间段内的增量ΔiL+有如下推导过程:
电感电流在t1-t2时间段内的减量ΔiL-有如下推导过程:
其中,λ=L/RT。由此可以看出,该传递函数要比CCM的Vout/Vin=D要复杂很多。由此,我们又可以得出一个结论:在理想条件下,CCM的输出电压Vout只与占空比有关系,与负载、电感等无关。而DCM的输出电压Vout与电感L、负载电阻R、导通占空比Da、开关周期T都有关系。
不管是从CCM转到DCM,还是从DCM转到CCM,都需要经历BCM。BCM就是CCM和DCM之间的临界状态。掌握了BCM的临界状态,就能控制CCM与DCM之间的转化关系。
如果想让Buck电路从CCM模式转到DCM模式,就是要降低输出电流(负载电流)Io或者增大ΔI,可用方法如下: