开关电源ccm及dcm工作模式(开关电源的工作模式CCM)
开关电源ccm及dcm工作模式(开关电源的工作模式CCM)图 DCM模式电感电流波形图DCM,(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式:在开关周期内,电感电流总会到0,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。DCM模式电感电流波形如图 所示。(1)CCM、DCM、BCM的定义:CCM (ContinuousConduction Mode) 连续导通模式:在一个开关周期内,电感电流从不会达到0A。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不会到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。CCM模式电感电流波形如图所示。图 CCM模式电感电流波形图
从事过电源开发的工程师都接触过CCM、DCM、BCM这几个词汇,也能大致了解其含义,但是对于这几个概念的由来,和为什么要搞清楚这几个概念往往还是模糊的。
以图所示的Buck电路图为例,说明电源的工作模式。为了简单的说明电源的工作模式,用仿真软件模拟一个Buck电路用于展示几种工作模式的情况。
Buck电路图
图中,输入电压是12V,输入电容是33uF。控制脉冲的电压是12V,上升时间500ns,下降时间500ns,脉宽4us,周期10us。输出电感是3.3uH。输出电容是100uF。
(1)CCM、DCM、BCM的定义:
CCM (ContinuousConduction Mode) 连续导通模式:在一个开关周期内,电感电流从不会达到0A。或者说电感从不“复位”,意味着在开关周期内电感磁通从不会到0,功率管闭合时,线圈中还有电流流过。CCM模式电感电流波形如图所示。
图 CCM模式电感电流波形图
DCM,(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式:在开关周期内,电感电流总会到0,意味着电感被适当地“复位”,即功率开关闭合时,电感电流为零。DCM模式电感电流波形如图 所示。
图 DCM模式电感电流波形图
BCM(Boundary Conduction Mode),边界或边界线导通模式:控制器监控电感电流,一旦检测到电流等于0,功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高,而截至斜坡相当平,则开关周期延长,因此,BCM变化器是可变频率系统。BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM(Critical Conduction Mode)。BCM模式电感电流波形如图 所示。
图 BCM模式电感电流波形图
将三种模式下电感电流的波形放在一起对比,如图 所示。
图 三种工作模式的电感电流图
(3)三种工作模式的特点:
以图所示的非同步Buck电路为例,来说明三种工作模式的特点。
图 非同步Buck电路图
为了说明问题,我们只在仿真电路上修改了负载为2欧姆,增加I,使其更大,这样电感电流是基于I进行变化的,纹波电流与0A距离更远。非同步Buck电路仿真图如图 所示。
图 非同步Buck电路仿真图
图7.8中的输出电流为
开关点电压和电感电流实测波形如图7.9所示
图 开关点电压和电感电流实测波形图
开关点电压和电感电流仿真波形如图 所示
图中,紫色为IL电感电流,绿色为Vsw公共开关点电压
图 开关点电压和电感电流仿真波形图
非同步控制器的降压变换器Buck工作于CCM,会带来附加损耗。因为续流二极管反向恢复电荷需要时间来消耗,这对于功率开关管而言,是附加的损耗负担。
BCM是一种特殊的CCM,它的电感的电流最小值为0。此时我们把负载调为3.6Ω,这样让纹波电流压着0A,形成一个临界的状态。BCM模式仿真电路图如图所示。
图 BCM模式仿真电路图
BCM模式开关点电压和电感电流实测波形如图所示:
BCM模式开关点电压和电感电流实测波形图
BCM模式开关点电压和电感电流仿真波形如图所示。
图 BCM模式开关点电压和电感电流仿真波形图
以非同步BUCK的DCM模式为例。
如果把负载调小,也就是IL电源的输出电流变小了。相当于上面的纹波电流继续往下移动,穿过0A的坐标线。由于二极管的正向导通性,上管关闭。所以电感上的电流不会出现负数(我们设定输出方向为正方向)。此时就会出现电感上电流为0。DCM模式仿真电路图如图7.14所示。
图 1. 27 DCM模式仿真电路图
DCM模式开关点电压和电感电流实测波形如图所示
图 1. 28 DCM模式开关点电压和电感电流实测波形图
DCM模式开关点电压和电感电流仿真图如图7.16所示,黄色为电感电流,蓝色为Vsw电压
图 DCM模式开关点电压和电感电流仿真波形图
(4)CCM与DCM比较:
①DCM能降低功耗的,DCM模式的转换效率更高些;
②工作于DCM模式,在电感电流为0的时候,会产生振荡现象;
③工作于CCM模式,输出电压与负载电流无关,当工作于DCM模式,输出电压受负载影响,为了控制电压恒定,占空比必须随着负载电流的变化而变化。
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