开关电源Buck电路：CCM与DCM工作模式解析

本文档详细介绍了开关电源中的两种主要工作模式——连续导通模式（CCM）和非连续导通模式（DCM），以及一种特殊模式——边界导通模式（BCM）。通过图表和波形分析，阐述了每种模式的工作原理、特点以及电感电流的变化规律。 在开关电源设计中，Buck电路是最常见的拓扑结构之一，它用于将高电压转换为低电压。CCM和DCM是Buck电路在不同操作条件下的两种典型工作状态。 1. CCM（连续导通模式）：在这一模式下，电感电流在整个开关周期内保持连续，不会降至零。这意味着电感的磁通量不会完全复位，开关器件闭合时仍有电流流过。这种模式的特点是稳定且易于控制，但可能会导致较高的开关损耗。 2. DCM（非连续导通模式）：与CCM相反，电感电流在每个周期内都会降到零，即电感会被完全复位。在开关器件闭合的瞬间，电感电流为零。DCM通常在轻负载或低输入电压时发生，它具有较低的开关损耗，但可能增加纹波电流并使控制复杂化。 3. BCM（边界导通模式）：这是介于CCM和DCM之间的一种模式，当电感电流接近零时，控制器会立即闭合开关。BCM是频率可变的系统，因为电感电流的复位时间和开关周期的长度有关。 通过电感电流的波形图，可以看出三种模式的区别。在CCM中，电感电流的峰值和谷值之间的差值就是纹波电流。而在DCM中，电流会在每个周期内完全中断。BCM则位于这两者之间，其工作点取决于电感电流和截止斜坡的特性。 CCM的工作模式分析中，波形图展示了PWM信号如何控制开关的导通和截止，以及电感两端电压的变化。通过计算电感电压的积分面积，可以推导出CCM下的降压DC传递函数，该函数揭示了输出电压与输入电压之间的关系，以及占空比D与效率M之间的联系。 理解和掌握CCM、DCM以及BCM的工作特性对于优化开关电源的设计至关重要，因为它直接影响到电源的效率、稳定性以及电磁兼容性。选择适当的工作模式有助于在特定应用中达到最佳性能指标。