Buck电路工作原理与电流波形分析:CCM与DCM模式
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更新于2024-07-11
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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。
2021-10-03 上传
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