Boost電路的CCM模式與DCM模式

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Boost升壓電路，可以工作在電流斷續(xù)工作模式(DCM)和電流連續(xù)工作模式(CCM)。CCM工作模式適合大功率輸出電路，電感電流需保持連續(xù)狀態(tài)，因此，按CCM工作模式來進(jìn)行特性分析。不管哪種拓?fù)?，其CCM和DCM的定義，是一樣的。

根據(jù)變換器穩(wěn)定狀態(tài)下每個(gè)開關(guān)周期起始 (結(jié)束) 時(shí)電感電流的實(shí)際值判斷變換器的工作模式：

? 穩(wěn)定狀態(tài)下若每個(gè)周期中電流都回到零，則為斷續(xù)導(dǎo)電模式 (DCM)；

? 若電流回到大于0的值，則稱為連續(xù)導(dǎo)電模式 (CCM)；

? 若恰好在周期結(jié)束時(shí)回到零，則稱為臨界連續(xù)模式 (BCM)，當(dāng)變換器工作于 BCM 時(shí)，可自由選擇 DCM 或CCM 方程。

我們根據(jù)前文分析，可以知道，電感上的平均電流其實(shí)是由負(fù)載決定的，因?yàn)檩敵鲭妷阂欢?，?fù)載的等效電阻越小，則電感上流經(jīng)的平均電流IL（avg）就越大；電感上的紋波電流在輸入輸出電壓確定的情況下，跟電感的感值有關(guān)。當(dāng)平均電流足夠大的時(shí)候，電感的電流處于一個(gè)穩(wěn)態(tài)，持續(xù)以紋波的形式圍繞平均電流變化。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，電流變化，這時(shí)體現(xiàn)到就是電感的平均電流變化，圖6.16中，波形上下整體移動(dòng)，電路紋波大小的幅度不會(huì)變化。

圖6.15 電感感值變小導(dǎo)致紋波電流變大曲線

在電路正常工作過程中，如果電感電流的最小值大于0A，也就是電感處于一個(gè)持續(xù)輸出電流的穩(wěn)態(tài)，只不過有一個(gè)紋波的規(guī)律性波動(dòng)，則此時(shí)就是一個(gè)CCM模式，如圖6.15所示，為保證電流連續(xù)，電感電流應(yīng)滿足：

當(dāng)時(shí)，Boost電路工作在連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）

當(dāng)時(shí)，Boost電路工作在臨界導(dǎo)通模式（BCM）

當(dāng)時(shí)，Boost電路工作在非連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）

1. CCM模式

如圖6.16所示，CCM我們分成兩個(gè)階段分析，開關(guān)導(dǎo)通和開關(guān)關(guān)閉。

圖6.16 CCM模式下Boost電路的兩個(gè)狀態(tài)

當(dāng)開關(guān)管S為導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D處于截止?fàn)顟B(tài)，流經(jīng)電感L和開關(guān)管的電流逐漸增大，電感L兩端的電壓為Vin，考慮到MOSFET的S極對(duì)公共端的導(dǎo)通壓降Vs，即為Vi-Vs。ton時(shí)，通過L的電流增加部分△ILon。升壓變換器 CCM/DCM 邊界條件 boost 在 CCM/DCM 的邊界情況，是指開關(guān)截止期間電感電流從最大值正好減小到零，電流值一旦為零下一個(gè)開關(guān)周期便開始了。此時(shí)電感電流平均值可表示為：

開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的壓降Rds（on）和線路上其他電阻或者走線的的壓降，我們可以忽略不計(jì)。

當(dāng)開關(guān)管截止，二極管D處于導(dǎo)通狀態(tài)，儲(chǔ)存在電感L中的能量提供給輸出，流經(jīng)電感L和二極管D的電流處于減少狀態(tài)，設(shè)二極管D的正向電壓為Vf，開關(guān)管截止時(shí)，電感L兩端的電壓為Vout+Vf-Vin，電流的減少部分△ILoff滿足下式。

Vf為整流二極管正向壓降，快恢復(fù)二極管約0.8V，肖特基二極管約0.5V。在電路穩(wěn)定狀態(tài)下，即從電流連續(xù)后到最大輸出時(shí)。

2. BCM

跟Buck電路一樣，BCM是一種臨界態(tài)，相當(dāng)于電感正好出現(xiàn)0A的情況。BCM就是CCM-DCM臨界模式。本質(zhì)BCM更像CCM的一種特殊情況，波形也是跟CCM一樣是一個(gè)穩(wěn)態(tài)，如圖6.17。

3. DCM

在開關(guān)關(guān)閉之后，電感處于一個(gè)釋放能量的裝填。電感的電流在繼續(xù)放電的過程中，一旦到達(dá)0A之后，沒有能量繼續(xù)釋放，會(huì)保持0A，此時(shí)輸出電流就依賴輸出電容進(jìn)行維持，此時(shí)電感的電流如圖6.18所示。

實(shí)際測(cè)試到的波形如圖6.18中綠色曲線所示。

審核編輯 黃宇