1. 基于I值的“關鍵條件”
圖 3.9 降壓電路CCM、BCM和DCM模式下的電感電流波形
參考上圖3.9,降壓電路工作在BCM模式的條件是,負載電流等于紋波電流(峰峰值)的一半(即 Iout=?iL/2 ),也被稱為CCM與DCM的“關鍵條件”或“臨界條件”。所以,我們將基于I(負載電流)值的“關鍵條件”重新表述如下:
當 Iout>?iL/2 時,降壓電路工作在CCM模式;當 Iout=?iL/2 時,降壓電路工作在BCM模式;當 Iout<?iL/2 時,降壓電路工作在DCM模式。
2. 基于R值的“關鍵條件”
根據“3.2.7 電感的平均電流”章節的結論:降壓電路中,電感電流平均值等于負載電流Iout。同時,再將負載電流 Iout使用輸出電壓 Vout 和負載電阻 R 表示如下:
Iout=Vout/R (3.69)
基于TOFF期間的電感關系式?iL=Vout*Toff/L以及Toff=(1-D)*Tsw,可得BCM模式下的紋波電流表達式如下:
?iL=Vout*(1-D)*Tsw/L (3.70)
那么,將上述兩式(3.69)和(3.70)代入CCM與DCM的“關鍵條件” Iout=?iL/2 可得:
Vout/R = Vout*(1-D)*Tsw/(2*L) (3.71)
從而,解出BCM模式下基于負載電阻R值的“關鍵條件”表達式如下:
R = (2*L)/[(1-D)*Tsw]=Kcrit(R) (3.72)
所以,實際負載電阻 R 值與 Kcrit (R) 的大小關系有如下三種:
當 R < Kcrit (R) 時,降壓電路工作在CCM模式;
當 R = Kcrit (R) 時,降壓電路工作在BCM模式;
當 R > Kcrit (R) 時,降壓電路工作在DCM模式。
3. 基于K值的“關鍵條件”
這里,根據公式(3.71)解得CCM/BCM關斷期間的占空比(1-D)的表達式如下:
1-D=(2*L)/(R*Tsw) (3.73)
然后,將上述公式重新表示如下:
Kcrit(D)=K (3.74)
其中,Kcrit(D) = 1-D,K = (2*L) / (R*Tsw)。無量綱參數K值,表示開關轉換器電路趨向工作在DCM模式的程度。
在降壓電路的感值 L 、開關周期 Tsw和負載電阻值 R 都確定的情況下,實際K值是常數。對于固定占空比的降壓電路,較大的K值可以使電路工作在CCM模式,較小的K值將導致電路工作在DCM模式。
圖 3.10 K>1>Kcrit (D) 條件下降壓電路工作在CCM模式
如圖3.10所示,當降壓電路的實際K值大于1時,也必然大于臨界K值 Kcrit (D)=1-D (因為這個占空比函數是一條在 (0,1) 和(0,1) 之間的線段),這時降壓電路工作在CCM模式。
圖 3.11 0<K<1 條件下降壓電路可以工作在CCM或DCM模式
如圖3.11所示,當降壓電路的實際K值在0至1之間時, 實際K值與 Kcrit (D) 的大小關系以及對應的降壓電路的工作模式如下:
當 K > Kcrit (D) 時,降壓電路工作在CCM模式;
當 K = Kcrit (D) 時,降壓電路工作在BCM模式;
當 K < Kcrit (D) 時,降壓電路工作在DCM模式。
4. 小結
綜合本節所述,我們可以得出以下兩點結論:
(1) 基于負載電流 I 值、負載電阻 R 值,以及由感值 L 、開關周期 Tsw 和負載電阻值 R 確定的 K 值這三個參數,都能夠反映降壓電路工作在CCM、BCM和DCM三種不同模式下的“關鍵條件”。
(2) 基于 R 值和 K 值這兩個參數的“關鍵條件”,是從另外兩個角度反映CCM與DCM的臨界條件,其實最終是由基于負載電流 I 值的“關鍵條件” Iout = ?iL/2 推導而來,理解并掌握了這個“宗”,便可以以 Iout = ?iL/2 這個“宗”應 R = Kcrit (R) 和 K = Kcrit (D) 這兩個“萬變”。
電源先生曰:如何才能“以不變應萬變”呢?方法是,尋找“宗”。因為“萬變不離其宗”,“宗”就是那個“不變”,“宗”就是那些最底層的不變的基本原理,以“宗(底層不變的基本原理)”為始,可以推導演繹出很多參數的表達式,從而理解各參數之間的關系。
推薦閱讀:
推薦關注“電源先生”,與朋友分享這篇文章