buck電路中的電感電流波形分析

1沒有電容，a點(diǎn)的波形圖

上圖中，把所有器件都想象為理想狀態(tài)下，開關(guān)S1閉合和斷開的過程，流過L1的電流的波形是怎樣的？

（1）開關(guān)閉合時(shí)，電流開始升高：

根據(jù)電感公式，得：電流變化率 = Vin / L = 15 / L。

（2）電路穩(wěn)定時(shí)，也就是電流變化率為0，L1兩端的電壓為0.

（3）開關(guān)斷開時(shí)，D1把電感兩端的電壓鉗位在0.7V，因?yàn)閎點(diǎn)為地，是0V，所以a點(diǎn)就是-0.7V；根據(jù)電感公式，得：電流變化率 = -0.7 / L。

從這里可以看出，上升的斜率比下降的斜率大，所以波形如下圖所示：

可以看出電流是失控的，會(huì)一直增大。只有當(dāng)電流的上升頻率和下降頻率相同時(shí)，開關(guān)電源才能維持穩(wěn)定的電壓。

2有電容，a點(diǎn)的波形圖

（1）導(dǎo)通瞬間，電流直接流過C1，負(fù)載被短路，相當(dāng)于15V直接接在L1中，此時(shí)電流上升斜率 = 15 / L。如果此時(shí)斷開開關(guān)，因?yàn)槭峭蝗粩嚅_，是高頻信號(hào)，會(huì)直接將電容C1短路，所以電感兩端的電壓和D1兩端的電壓相等（二極管將電壓鉗位在0.7V）。電流下降斜率 = 0.7 / L。

（2）隨著導(dǎo)通的進(jìn)行，開始對(duì)C1充電，假設(shè)充電到2V。Vc為2V，那么電感兩端電壓為15 - 2 = 13V，此時(shí)電流上升斜率 = 13 / L。如果此時(shí)斷開開關(guān)，C1兩端電壓為2V，二極管兩端的電壓為-0.7V，所以電感兩端必須為2.7V，此時(shí)電流下降斜率 = 2.7 / L。

從這里可以看出，電感電流上升過程中，斜率逐漸變小，由最開始的15 / L，到后來的13 / L；電感電流下降過程中，斜率逐漸變大，由最開始的0.7V / L，到后來的2,7 / L。

通過上述分析（這里不好理解）：加了一個(gè)電容后，電感電流的上升斜率和下降斜率達(dá)到一個(gè)平衡（最終相等）。總之，上圖所示的電路圖，只要開關(guān)S1開和關(guān)的頻率固定，a點(diǎn)電壓幾乎非常穩(wěn)定。

3穩(wěn)定a點(diǎn)電壓的方法

只要起點(diǎn)和終點(diǎn)一樣，a點(diǎn)電壓就非常穩(wěn)定。

（1）上升頻率和下降頻率相同，可以使輸出穩(wěn)定。

（2）上升頻率比下降頻率高，但下降時(shí)間更長(zhǎng)。

（3）上升頻率比下降頻率低，但下降時(shí)間短。

4電感工作模式

因?yàn)殡姼惺呛拓?fù)載串聯(lián)的，所以電感上的電流大小就是負(fù)載中的電流大小。

（1）連續(xù)模式

中間藍(lán)色的線對(duì)應(yīng)的電流值，就是電感輸出的平均電流。電感電流的峰峰值都不為0，稱為連續(xù)模式，也簡(jiǎn)稱CCM。這種模式最常用。

（2）臨界模式

電流的下峰值為0，稱為臨界模式，因?yàn)槭沁B續(xù)的，也可以稱為臨界連續(xù)模式，簡(jiǎn)稱BCM。

（3）斷續(xù)模式

電流下降到0后，過一段時(shí)間電流才開始上升。也就是一個(gè)周期中，有一段時(shí)間電流為0，這種模式稱為斷續(xù)模式，簡(jiǎn)稱DCM。

一般是讓電感工作在連續(xù)模式，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。

5伏秒法

要怎樣才能讓系統(tǒng)輸出穩(wěn)定電壓呢？也就是電感不會(huì)失控？只要保證以下公式成立即可：

上升的△V * △t = 下降的△V * △t

電流上升時(shí)電壓的變化量 * 時(shí)間 = 電流下降時(shí)電壓的變化量 * 時(shí)間，開通時(shí)電壓和時(shí)間的積分要和關(guān)斷時(shí)候的積分相等。因?yàn)槭请妷撼艘詴r(shí)間，所以被稱為伏秒法。

只要紅色的面積和綠色的面積相等，就能保證電感輸出穩(wěn)定的電流。

當(dāng)時(shí)大多數(shù)情況下，上升的△V和下降的△V不相等，所以需要調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，讓兩者和時(shí)間相乘后相等，乘積相等即可，滿足伏秒法則，電感工作就比較穩(wěn)定。

6總結(jié)

（1）感應(yīng)電壓的大小與電流的大小無關(guān)，只和電流的變化率有關(guān)。

（2）對(duì)于buck電路而言，因?yàn)殡姼泻拓?fù)載串聯(lián)，所以電感的電流和負(fù)載電流相同，并且因?yàn)榱鬟^電感的電流是有紋波的，所以這里說的是電感的平均電流。

（3）對(duì)于連續(xù)工作模式下的電感，電感的平均電流位于電流波形圖的幾何中心，也就是下圖的藍(lán)色部分。

本文來源：CSDN博主開繼電子

審核編輯：湯梓紅