【好书共读——《开关电源仿真与设计-基于SPICE》】——003开关电源电感电流知识讨论

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开关电源中电感电流知识讨论

 

        在本节中，我们将围绕开关电源的电感中碘酒是连续的还是不连续的进行讨论。开关电源以BUCK电流为例，电源电路拓扑如图1所示。

 

图 1

        众所周知，电感在功率开关导通期间经历磁化循环：电感的磁通量在功率开关导通器件累积起来，在功率开关断开期间释放。功率开关主要由控制器开关控制，开关断开与输出电压或电感电流有关，通过环路反馈将输出电压/输出电流给控制器，以便调节占空比。在开关打开的最后时间，电感电流达到最大值I_peak。在开关截止的最后时间，电感电流达到最小值I_valley。

在开关打开和截止时，电感电流在I_peak和I_valley之间摆动，这个摆动的幅度称为电感纹波电流。在降压开关电路中，平均电感电流表示输出到负载的直流电流，而电感纹波电流是以负载电流的平均值为中心的。因此，根据电感电流的状态，可以将变换器导通模式定义为以下三种：

        CCM，连续导通模式。在一个开关周期内，电感电流从不会到0，这就意味着开关周期内电感磁通量不会回到0。功率开关关闭时，线圈中还有电流流过。

        DCM，非连续导通模式。在一个开关周期内，电感电流总会回到0。当功率开关关闭时，电感电流会掉到0。

        BCM，边界或边界线导通模式。控制器检测电感电流，一旦检测到电流为0，立刻打开功率开关。如果电感峰值电流高，而截止斜坡斜率小，则开关周期延长，因此BCM模式是一种可变频率系统，也可以称为临界导通模式或CRM。

        一般变换器如果设计工作在CCM模式下，在负载变得比较轻时，变换器会进入DCM模式状态，反之亦然。一个设计良好的变换器，需要能够在CCM和DCM两种模式下自主切换，而不会产生问题。

        图2表示电感电流曲线的三种不同情况。

        峰值电流和谷值电流的差值表示纹波电流，用ΔI_L表示。

        S_on和S_off分别表示功率开关打开时电感上面的压差产生的斜率。一般情况下，电感中的磁通量采用伏秒平衡来描述，即开关打开阶段充能与开关关闭阶段释放能量是相等的。

即（V_in-V_out）*T_on=-V_out*T_off。

        因此，可以得到以下结论：

        1、大电感引入低电流纹波，电感会抑制任何电流的变化，选择大电感可以减慢系统响应。

        2、CCM工作模式相比于DCM和BCM工作模式，导通损耗较低，主要原因是输出电流纹波小。

        3、在其他条件不变的情况下，小电感值意味着较大纹波或工作于DCM模式下时，导通损耗将会变高。

        4、可以通过比较峰值电流和平均电流大小，得到电路的工作模式。

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