【好书共读——《开关电源仿真与设计-基于SPICE》】——005 BUCK 工作模式

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降压变换器（BUCK）工作模式讨论

 

 

        在降压变换器中，MOS管导通和打开期间电流如图1所示。SW合上表示MOS上管导通期间，输入电源为电感充电，这个阶段为导通时间，此时MOS下管断开。SW断开时，电感开始放电，MOS下管闭合，这个阶段为闭合时间。在D的位置，可以是二极管，也可以是MOS管。当D位置为二极管时，降压变换器为同步BUCK。当D位置是MOS管时，降压变换器为异步BUCK。

图 1

1、CCM工作模式

        在开关电源的CCM工作模式下，降压变换器的各节点波形如图2所示。

图 2

        波形①表示驱动MOS管的PWM信号，当SW导通时，公共点SW/D电压为VIN，反之当开关关断时，共点SW/D电压为0，即波形②。在波形③电感两端电压中，D位置为续流作用的开关管，因此会出现负压降。电感两端的平均电压为0，即面积S₁+S₂=0，对应的面积表示开关导通/断开时间和电压的乘积。S₁表示（V_in-V_out）*T_on，S₂表示-V_out*T_off。在波形④中，电感电流随SW开关管打开上升，随SW关闭而下降。在波形⑤和⑥中，电容电流与电感电流保持一致，电容上的电压成类似于正弦波的波形。波形⑦表示输入电流的变化，当SW刚闭合，二极管处于导通和关闭的节点，需要从导通时的PN结转换为电中性的PN结，移去所有的少数载流子，这种状态转换需要一定的时间。二极管在完全转换完成的期间，它呈现短路特性（这里和MOS管的电压和电流交叠区域类似）。

输入电流存在尖峰，而输出电流无异常，这是由于D位置的二极管或者MOS导通下管的寄生电容导致的，寄生电容上的电容快速放电导致了电流尖峰。如果电感L趋于无穷大，那么电流尖峰将会消失，电流波形变为方波。由于功率开关能够终端输入电流的流动，因此需要在电流接通时刻进行短路保护或者浪涌限制。

2、DCM工作模式

        DCM工作模式一般发生在开关变换器轻载时，此时变换器的上MOS管和下MOS管均处于断开状态，拓扑示意图如图3所示。

图 3

        在DCM模式下，开关变换器的各节点电流如图4所示。与CCM模式相似，总共7个节点的波形。但也存在不同之处，电感电流会降低到0，SW/D节点和电感电压上存在震荡波形。产生震荡波形的主要原因是MOS管的寄生电容和寄生电感形成震荡回路，且与电阻阻尼有关。

图 4

3、CCM与DCM的过渡点讨论

        当开关周期内电感的电流减小到0时，称变换器工作与DCM。反之，在开关周期内电感电流从不达到0，称变换器工作在CCM模式下。当负载降低，电感平均电流也降低，对应到电感电流一达到0又马上重新太高的点，被称为边界点或临界点，该点对应于电路从CCM过度到DCM（反之亦然），如图5所示。

图 5

Miura

好帖子，最近在看BUCK的电路，楼主写的不错，很专业，哈哈哈哈哈哈

阿文啊

写的不错，有安装包吗？