開關(guān)電源以其體積小、能量利用率高的特性,,被廣泛應用于航天航空領(lǐng)域,、家電、通信等領(lǐng)域,。那開關(guān)電源常見的工作模式有哪些呢,?工作在這種模式下又具備哪些特點?本文為您講解常見的兩種模式:CCM,,DCM,。
一、CCM及DCM的定義
1.CCM(Continuous Conduction Mode)連續(xù)導通模式:在一個開關(guān)周期內(nèi),,電感電流從不會到0,。通俗來講就是電感“從不復位”,意味著在開關(guān)周期內(nèi)電感磁通量從不為0,,功率管閉合后,,電感中還有電流流過。
2.DCM(Discontinuous Conduction Mode)非連續(xù)導通模式或者叫斷續(xù)導通模式:在一個開關(guān)周期內(nèi),,電感電流總會會到0,。通俗來講就是電感被“適當復位”,功率管閉合后,,電感中電流為0,。
二、CCM工作模式與特點
根據(jù)CCM的特點,測得降壓變壓器工作在連續(xù)模式下的波形,。如下圖1所示,。
波形1表示PWM的波形,將開關(guān)管觸發(fā)成導通和截止狀態(tài),。當開關(guān)管SW導通時,,公共點SW/D上的電壓為Vin。當開關(guān)管SW關(guān)斷時,,公共點SW/D上的電壓為負壓,,電感電流就會對二極管D產(chǎn)生偏置電流,,出現(xiàn)負壓降——實現(xiàn)續(xù)流的作用,。
波形3描述了電感兩端電壓的變化。在平衡點,,電感L兩端的平均電壓為0,,即S1+S2=0。S1面積對應開關(guān)導通時電壓與時間的乘積,,S2面積對應于開關(guān)關(guān)斷時電壓與時間的乘積,。S1簡單地用矩陣高度(Vin-VOUT)乘以DTSW,S2也可以簡單地用矩陣高度-Vout乘以(1-D)Tsw ,。如果對S1和S2求和,,然后再整個周期Tsw內(nèi)平均,得到:
?。―(Vin-Vout)Tsw-Vout(1-D)Tsw)/Tsw=0
化簡上式可以得到CCM的降壓DC傳遞函數(shù):
Vout=DVin
從上式可以看到Vout是隨著D(占空比)變化的,。
總結(jié)CCM降壓變壓器的特點:
lD限定在小于1,降壓變壓器的輸出電壓必定小于輸入電壓,。
l通過變化占空比D,,可以控制輸出電壓。
l工作在CCM模式下,,會帶來額外的損耗,。因為續(xù)流二極管反向恢復電荷需要時間來消耗,這對于功率開關(guān)管而言,,就是附加的損耗負擔,。
l輸出沒有脈沖紋波,但是有脈沖輸入電流,。
三,、DCM工作模式及特點
1.開關(guān)器件在負載電流較大的時都是工作CCM模式,但當隨著負載電流下降,,紋波電流將整體下降,。當電感電流繼續(xù)減小,電感就會進入DCM工作模式,電壓和電流波形將發(fā)生很大的變化如下圖2,。
波形4中可以看出,,電感電流下降為0,導致續(xù)流二極管截止,。如果出現(xiàn)此類情況,,電感左側(cè)處于開路狀態(tài)。理論上,,電感左側(cè)的電壓應該回到Vout,,因為電感L不再有電流,不產(chǎn)生振蕩,。但是由于周圍存在很多的寄生電容,。如二極管和SW的寄生電容,容易形成振蕩電路,。
對于BUCK調(diào)整器,,電感進入不連續(xù)工作模式也不會有什么問題。在進入不連續(xù)模式之前,,直流輸出電壓Vout=VinTon/T,。通過這個公式可以明顯看出與電流參數(shù)無關(guān),所以當負載變化時,,不需要調(diào)節(jié)占空比,,D輸出電壓依然恒定。
進入DCM工作后,,傳遞函數(shù)將發(fā)生變化,,CCM的傳遞函數(shù)將不在適用。開關(guān)管導通時間隨直流電流的減小而減小,。下面是DCM模式下的傳遞函數(shù),,占空比與負載電流有關(guān),即:
Vout=
因為控制環(huán)路要控制輸出電壓恒定,,負載電阻R與負載電流成反比關(guān)系,。假設(shè)Vout,Vin,,L,,T恒定,為了控制電壓恒定,,占空比必須隨著負載電流的變化而變化,。
在臨界轉(zhuǎn)換電流處,傳遞函數(shù)從CCM變成DCM,。工作CCM時,,占空比保持恒定,,不隨負載電流而改變;工作于DCM時,,占空比隨負載電流減小而改變,。
總結(jié)DCM降壓變壓器的特點:
lVOUT需要依靠負載電流;
l對于占空比,,DCM下的傳遞系數(shù)比CCM在負載電流低工作時,,深度DCM傳遞系數(shù)更容易達到1。
四,、CCM與DCM的比較
lDCM模式功耗較低,,DCM轉(zhuǎn)換效率較高,屬于能量完全轉(zhuǎn)換,;
l工作于DCM模式下,,輸出電流的紋波比CCM的要大;
l工作于DCM模式,,在電感電流為0時,,會產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象,;
l工作于CCM模式,,輸出電壓與負載電流無關(guān)。當工作于DCM模式,,輸出電壓受負載影響,,為了控制電壓恒定,占空比必須隨著負載電流變化而變化,。