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开关电源Buck电路CCM及DCM作业形式
(Continuous Conduction Mode),接连导通形式:在一个开关周期内,电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不回到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。
2)DCM,(Discontinuous Conduction Mode),断续导通形式:在开关周期内,电感电流总会到0,意味着电感被恰当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。
3)BCM(Boundary Conduction Mode),临界导通形式:操控器监控电感电流,一旦检测到电流等于0,功率开关当即闭合。操控器总是等电感电流“复位”来激活开关。假定电感值电流高,而到斜坡恰当平,则开关周期延伸,因而,BCM改动器是可变频率体系。
电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流Io的均匀值,峰值电流Ip与谷值电流Iv之差为纹波电流。
波形1表明PWM图形,将开关触发成导通和截止。当开关SW导通时,公共点SW/D上的电压为Vin。相反,当开关断开时,公共点SW/D电压将摆到负,此刻电感电流对二极管D供给偏置电流,呈现负降压——续流效果。
波形3描绘了电感两头电压的改动。在平衡点,电感L两头的均匀电压为0,及S1+S2=0。S1面积对应于开关导通时电压与时刻的乘积,S2面积对应于开关关断时电压与时刻的乘积。S1简略地用矩形高度(Vin-Vout)乘以D,而S2也是矩形高度-Voutt乘以(1-D)Tsw。假定对S1和S2求和,然后再整个周期Tsw内均匀,得到:
其实咱们再看上面最终一个波形,在开关的闭合的时分,SW/D点电流波形有个很大的尖峰,用电压芯片ACT4065及ACT4065A实践测得的电压波形如图4、图5所示,详细原因有以下两个方面。
a. 由于在开关闭合,将Vin效果到二极管的阴极,忽然中断了二极管的导通周期。关于PN二极管,第一步是要将正导游通时PN结变回到电中性时的PN结,移去一切的少量载流子。二极管除掉一切的注入电荷需求必定的时刻才干康复到它的断开状况,在彻底康复之前,它呈现短路行为。关于肖特基二极管,有金属半导体硅结,它没有康复效应,可是,有很大的寄生电容,也有结电容。
b. 当二极管导通,一旦放电,SW很快经过放电电容效果电压Vin,产生电流尖峰。所就闭合开关SW时刻将会有助于下降尖峰电流。
与电流形状有关。从图画中可以正常的看到输出纹波(电容电流波形)很小。输出纹波很滑润,“无脉冲”。意味着输出电流信号能很好地为后续电路所承受,即电源中污染较小。别的,输入电流不只有尖峰,并且看上去像方波。假定电感L的值趋于无穷大,输入电流的波形便是实实在在的方波。因而,该电流是“脉动”电流,包括许多的污染重量,比一般的正弦形状的电流更难滤波。
方波:由正弦波的奇次谐波组成,也便是由正弦1,3,5,7...n等频率组成。
关于开关关断的瞬间也有尖峰产生,我觉得应该也是与二极管及SW脚的寄生电容及结电容有关。
4)降压变换器作业于CCM,会带来附加损耗。由于续流二极管反向康复电荷需求时刻来耗费,这关于功率开关管而言,是附加的损耗担负;
开关器材在负载电流比较大的时都是作业CCM形式,但当跟着负载电流下降,纹波电流将全体下降,如图2所示,当负载电流减小到谐波峰峰值一半时,即Io=(Ip-Iv)/2,斜坡的最低点正好降到零,在这个最低点,电感电流为零,电感储能为零。假定电感负载电流进一步减小,电感将进入DCM作业形式,电压和电流波形将产生很大的改动如下图6所示,以及传递函数将产生很大的改动。
从波形4,可以正常的看到电感电流下降到0,引起续流二极管截止。假定渐渐的呈现此状况,电感左端开路。理论上,电感左端的电压应该回到Vout,由于电感L不再有电流,不产生振动。
可是由于周围存在许多寄生电容,如二极管和SW的寄生电容,形成了振动回路。如曲线,呈现正弦信号,并在几个周期后消失,这与电阻阻尼有关。可是在实测中或许仍是有不同的,比方我在ACT4065A测验中,测验SW/D的波形,振动却在中心,如下图7所示,这是在DCM形式。
Buck变压器在整个负载范围内都将输出电压操控在一个定值,即便电感进入不接连作业形式。因而很简单会让咱们产生误区,以为电感进入不接连作业形式对电路作业没有影响。实践上,整个电路的传递函数已产生改动,操控环路有必要习惯这种改动。
关于Buck调整器,电感进入不接连作业形式也没什么问题。在进入不接连形式之前,直流输出电压Vout=Vin·Ton/T。留意到此公式与负载电流参数无关,所以当负载改动的时,不需调理占空比D,输出电压仍坚持稳定。实践上,当输出电流改动时,导通时刻也会略微改动,由于Q1的导通压降和电感电阻跟着电流的改动而略有改动,这需求Ton做出恰当的调整。
进入DCM作业后,传递函数将产生改动,CCM的传递函数将不再适用,开关管的导通时刻将跟着直流输出电流的减小而减小。下面是DCM作业形式下的传递函数,占空比与负载电流有关,即:
由于操控环路要操控输出电压稳定,负载电阻R与负载电流成反比联系。假定Vout,Vin,L,T稳定,为了操控电压稳定,占空比有必要跟着负载电流的改动而改动。
在临界转化电流处,传递函数从CCM转变为DCM。作业CCM时,占空比坚持稳定,不随负载电流而改动;作业于DCM时,占空比随负载电流减小而改动。
2)关于想通的占空比,DCM下的传递系数M比CCM大在负载电流低作业于深度DCM,M简单到达1。
1)作业于DCM形式,能下降功耗的,DCM形式的转化功率愈加高些,归于能量彻底转化;
4)作业于CCM形式,输出电压与负载电流无关,当作业于DCM形式,输出电压受负载影响,为了操控电压稳定,占空比有必要跟着负载电流的改动而改动。
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