Buck變換器根據(jù)電感電流在一個(gè)周期內(nèi)是否為零，可以分為連續(xù)模式和不連續(xù)模式：處于穩(wěn)態(tài)工作的Buck變換器，如果電感電流在整個(gè)周期內(nèi)都是連續(xù)的，則為連續(xù)工作模式（CCM, Continue Current Mode）；如果電感電流在周期內(nèi)某一段時(shí)間為零，則為不連續(xù)工作模式（DCM，Discontinue Current Mode），處于連續(xù)模式和不連續(xù)模式之間為臨界模式（BCM），此時(shí)，電感電流在下一個(gè)導(dǎo)通瞬間剛好下降到零。
下面進(jìn)行CCM模式的Buck變換器穩(wěn)態(tài)分析：
Q1導(dǎo)通
當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通時(shí)，電感電路線性上升，給輸出電容C1充電的同時(shí)也給負(fù)載進(jìn)行供電，電感兩端的電壓為Vin-Vout：
電感電流線性上升：
ΔiL為電感紋波電流，一般在CCM模式下，取電感紋波系數(shù)r=0.4：
Q1截止
當(dāng)開關(guān)管Q1截止時(shí)，由于電感電流不能突變，續(xù)流二極管D1導(dǎo)通，電感續(xù)流，電感電流線性下降，此時(shí)由C1進(jìn)行輸出負(fù)載供電。忽略二極管導(dǎo)通壓降有：
對(duì)于穩(wěn)態(tài)工作的Buck變換器而言，導(dǎo)通時(shí)電感電流的增加必須與截止時(shí)電感電流的減少相等，才能保證電感的磁復(fù)位。試想一下，如果不相等，會(huì)有什么樣的后果？通過(guò)一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感兩端的伏秒平衡原理，可以得出輸入與輸出的關(guān)系：
Vout = D*Vin
由于假設(shè)電感、電流為理想元件，一個(gè)周期內(nèi)不消耗能量，因此，輸出負(fù)載電流也就等于電感電流一個(gè)周期內(nèi)的平均值，即Io=IL(avg)。換句話說(shuō)，Buck變換器電感電流的平均值等于負(fù)載電流的平均值，這個(gè)結(jié)論，不管是CCM，DCM還是BCM都成立。
CCM態(tài)
DCM模式下的工作狀態(tài)：
對(duì)于連續(xù)模式工作的Buck變換，如果負(fù)載電流持續(xù)降低，將會(huì)出現(xiàn)在一個(gè)周期內(nèi)的某一時(shí)段電感電流為零的情況。這種工作模式就是非連續(xù)（DCM）的Buck變換工作模式。在每個(gè)周期中，DCM的Buck變換有三種工作狀態(tài)。
DCM態(tài)
ON態(tài)：Q1導(dǎo)通，二極管D1截止，電感電流線性增加：
對(duì)于DCM模式，上式為電感電流的幅值，也為電感電流的峰值。OFF態(tài)：Q1關(guān)閉，D1導(dǎo)通，電感電流線性下降：
IDLE態(tài)：Q1截止，D1截止，電感電流理論上為零（實(shí)際電路中會(huì)由于電感電容諧振而存在諧振電流）。所以，在一個(gè)周期內(nèi)，根據(jù)電感兩端的伏秒平衡關(guān)系，得出：
由于是DCM模式，所以Ton+Toff是小于1的。
CCM/DCM邊界的確定：
BCM邊界
從圖中可知：
利用上面邊界條件，可以推出Buck變換器的DCM條件：
恒頻同步Buck變換器：
一般用肖特基二極管作為續(xù)流二極管，但是在低壓大電流的時(shí)候，由于肖特基二極管也有差不多0.3V左右的導(dǎo)通壓降，會(huì)對(duì)效率影響比較明顯，這個(gè)時(shí)候就提出了同步Buck變換器，將續(xù)流二極管更換為Si的MOSFET。如下：
同步Buck變換器
Q1和Q2采用互補(bǔ)的方式，中間留有一點(diǎn)的死區(qū)時(shí)間，防止發(fā)生直通。
需要注意的是，由于Q2的體二極管正向?qū)▔航荡?，反向恢?fù)特性比較差，也會(huì)影響到效率。所以，會(huì)在Q2的體二極管外部并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管，避免在死區(qū)時(shí)間內(nèi)走Q2的體二極管而帶來(lái)額外的損耗。為了確保肖特基二極管在死區(qū)時(shí)間下能走電流，必須保證用很粗且很短的引線連接外部肖特基二極管和MOSFET的DS極。否則，引線電感會(huì)非常高，足以使電流無(wú)法按照預(yù)期從體二極管轉(zhuǎn)移至肖特基二極管。最好的解決方案是把肖特基二極管集成到MOSFET里面去，最好在同一個(gè)內(nèi)芯上，盡可能減小寄生電感。
采用恒頻同步Buck變換器在CCM模式下（重載）與二極管續(xù)流的模式是一樣的，如果負(fù)載進(jìn)入到輕載，將不會(huì)出現(xiàn)DCM模式，此時(shí)電感電流會(huì)過(guò)零反相，原因是Q1關(guān)斷，Q2導(dǎo)通，當(dāng)電感電流線性減小到零后，由于Q2繼續(xù)導(dǎo)通，此時(shí)在電感兩端的電壓仍然存在，會(huì)導(dǎo)致電感電流反相增加，直到Q2關(guān)斷，Q1導(dǎo)通，電感電流會(huì)反相增加到零然后變?yōu)檎?/div>
同步Buck輕載模式下電流波形
同步模式的主要優(yōu)點(diǎn)是什么呢？恒頻，空閑期沒(méi)有震蕩（因此電磁干擾可以預(yù)見），柵極驅(qū)動(dòng)電路更簡(jiǎn)單，占空比恒定（即使在輕載時(shí)），電壓應(yīng)力計(jì)算方程更簡(jiǎn)單。二極管仿真模式（也就是同步MOSFET仿真二極管模式，有DCM）的主要優(yōu)點(diǎn)時(shí)開關(guān)損耗?。](méi)有導(dǎo)通時(shí)的交叉損耗，因?yàn)樵诮徊鏁r(shí)間內(nèi)瞬時(shí)電流為零），一般更加穩(wěn)定（單極點(diǎn)開環(huán)增益，沒(méi)有低頻右半平面零點(diǎn)，也沒(méi)有次諧波不穩(wěn)定），但這種模式環(huán)路響應(yīng)慢。
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- huanjue562018 2022-03-29 17:07不明白為啥DCM比CCM效率高回復(fù) 2條回復(fù)
- 陽(yáng)光帝國(guó) 2020-11-11 09:15圍觀學(xué)習(xí)回復(fù)