開關(guān)電源以其體積小、能量利用率高的特性，被廣泛應(yīng)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(jiàn)的工作模式有哪些呢？工作在這種模式下又具備哪些特點(diǎn)？本文為您講解常見(jiàn)的兩種模式：CCM，DCM。

 

1、 CCM及DCM的定義

 

1. CCM（Continuous Conduction Mode）連續(xù)導(dǎo)通模式：在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流從不會(huì)到0。通俗來(lái)講就是電感“從不復(fù)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(guò)。

 

2. DCM（Discontinuous Conduction Mode）非連續(xù)導(dǎo)通模式或者叫斷續(xù)導(dǎo)通模式：在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，電感電流總會(huì)會(huì)到0。通俗來(lái)講就是電感被“適當(dāng)復(fù)位”，功率管閉合后，電感中電流為0。

 

2、 CCM工作模式與特點(diǎn)

 

1. 根據(jù)CCM的特點(diǎn)，測(cè)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(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)開關(guān)管SW導(dǎo)通時(shí)，公共點(diǎn)SW/D上的電壓為Vin。當(dāng)開關(guān)管SW關(guān)斷時(shí)，公共點(diǎn)SW/D上的電壓為負(fù)壓，電感電流就會(huì)對(duì)二極管D產(chǎn)生偏置電流，出現(xiàn)負(fù)壓降——實(shí)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(diǎn)，電感L兩端的平均電壓為0，即S1+S2=0。S1面積對(duì)應(yīng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)電壓與時(shí)間的乘積，S2面積對(duì)應(yīng)于開關(guān)關(guān)斷時(shí)電壓與時(shí)間的乘積。S1簡(jiǎn)單地用矩陣高度（Vin-VOUT）乘以DTSW，S2也可以簡(jiǎn)單地用矩陣高度-Vout乘以（1-D）Tsw 。如果對(duì)S1和S2求和，然后再整個(gè)周期Tsw內(nèi)平均，得到：

 

（D(Vin-Vout)Tsw-Vout(1-D)Tsw）/Tsw=0

 

化簡(jiǎn)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(diǎn)：

• D限定在小于1，降壓變壓器的輸出電壓必定小于輸入電壓。

• 通過(guò)變化占空比D，可以控制輸出電壓。

• 工作在CCM模式下，會(huì)帶來(lái)額外的損耗。因?yàn)槔m(xù)流二極管反向恢復(fù)電荷需要時(shí)間來(lái)消耗，這對(duì)于功率開關(guān)管而言，就是附加的損耗負(fù)擔(dān)。

• 輸出沒(méi)有脈沖紋波，但是有脈沖輸入電流。

 

3、 DCM工作模式及特點(diǎn)

 

1. 開關(guān)器件在負(fù)載電流較大的時(shí)都是工作CCM模式，但當(dāng)隨著負(fù)載電流下降，紋波電流將整體下降。當(dāng)電感電流繼續(xù)減小，電感就會(huì)進(jìn)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(dǎo)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(yīng)該回到Vout，因?yàn)殡姼蠰不再有電流，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(duì)于BUCK調(diào)整器，電感進(jìn)入不連續(xù)工作模式也不會(huì)有什么問(wèn)題。在進(jìn)入不連續(xù)模式之前，直流輸出電壓Vout=VinTon/T。通過(guò)這個(gè)公式可以明顯看出與電流參數(shù)無(wú)關(guān)，所以當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，不需要調(diào)節(jié)占空比，D輸出電壓依然恒定。

 

進(jìn)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(dǎo)通時(shí)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(fù)載電流有關(guān)，即：

 

因?yàn)榭刂骗h(huán)路要控制輸出電壓恒定，負(fù)載電阻R與負(fù)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(fù)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(shí)，占空比保持恒定，不隨負(fù)載電流而改變；工作于DCM時(shí)，占空比隨負(fù)載電流減小而改變。

 

總結(jié)DCM降壓變壓器的特點(diǎn)：

• VOUT需要依靠負(fù)載電流；

• 對(duì)于占空比，DCM下的傳遞系數(shù)比CCM在負(fù)載電流低工作時(shí)，深度DCM傳遞系數(shù)更容易達(dá)到1。

 

4、 CCM與DCM的比較

• DCM模式功耗較低，DCM轉(zhuǎn)換效率較高，屬于能量完全轉(zhuǎn)換；

• 工作于DCM模式下，輸出電流的紋波比CCM的要大；

• 工作于DCM模式，在電感電流為0時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；

• 工作于CCM模式，輸出電壓與負(fù)載電流無(wú)關(guān)。當(dāng)工作于DCM模式，輸出電壓受負(fù)載影響，為了控制電壓恒定，占空比必須隨著負(fù)載電流變化而變化。