Buck电路工作原理与电流波形分析：CCM与DCM模式

本文主要介绍了BUCK转换器的工作原理，特别是其在连续电流模式(CCM)和断续电流模式(DCM)下工作时的电流波形特点。 在BUCK电路中，工作电流波形分为两种主要模式：连续电流模式和断续电流模式。这种电路通常用于降压电源转换，通过调节开关管的占空比D来控制输出电压Vo。 首先，Buck电路的基本工作原理基于电感的伏秒平衡原则。当开关管导通时，电感L储存能量，电流ΔILon增加，按照公式ΔILon = (Vin - Vo) * Ton / L计算；当开关管关断，电感释放能量，电流ΔILoff减少，公式为ΔILoff = Vo * Toff / L。总的电感电流IL是这两个变化的组合。 在连续电流模式（CCM）中，电感电流在整个开关周期内保持连续，不为零。功率Po的计算公式为Po = 1/2 * L * (IL1^2 - IL2^2)，其中IL1和IL2分别是开关周期内的最大和最小电感电流。在这种模式下，即使负载电流变化，纹波电流成分保持不变。 而在断续电流模式（DCM）中，电感电流在一个周期内有一段时间为零。此时，功率Po的计算变为Po = 1/2 * L * IL2^2 / R，其中IL2是关断时刻的电感电流。负载电流减小时，电感电流可能不足以在整个周期内保持连续，进入DCM模式。在DCM中，电感电流的纹波会随着负载的变化而变化。 两种模式下的电流波形不同。在CCM，电感电流呈平滑的锯齿形，纹波叠加在直流成分上。而在DCM，电感电流会在每个周期的某个点降至零，形成明显的峰值和谷值。 为了降低输出端的纹波电压，通常会选择具有较大工作纹波电流和较低等效串联电阻(ESR)的输出电容。如果需要进一步减小纹波，可以采用多个小容量电容并联的方式。 理解和掌握BUCK电路在CCM和DCM模式下的电流波形特性对于优化电源设计和提高系统效率至关重要。这涉及到电感、电容的选择，以及如何根据负载需求调整开关管的占空比，以实现稳定且高效的电源转换。