Boost升壓電路,可以工作在電流斷續工作模式(DCM)和電流連續工作模式(CCM)。CCM工作模式適合大功率輸出電路,電感電流需保持連續狀態(tài),因此,按CCM工作模式來(lái)進(jìn)行特性分析。不管哪種拓撲,其CCM和DCM的定義,是一樣的。
根據變換器穩定狀態(tài)下每個(gè)開(kāi)關(guān)周期起始 (結束) 時(shí)電感電流的實(shí)際值判斷變換器的工作模式:
▪ 穩定狀態(tài)下若每個(gè)周期中電流都回到零,則為斷續導電模式 (DCM);
▪ 若電流回到大于0的值,則稱(chēng)為連續導電模式 (CCM);
▪ 若恰好在周期結束時(shí)回到零,則稱(chēng)為臨界連續模式 (BCM),當變換器工作于 BCM 時(shí),可自由選擇 DCM 或CCM 方程。
我們根據前文分析,可以知道,電感上的平均電流其實(shí)是由負載決定的,因為輸出電壓一定,負載的等效電阻越小,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)。當平均電流足夠大的時(shí)候,電感的電流處于一個(gè)穩態(tài),持續以紋波的形式圍繞平均電流變化。當負載變化時(shí),電流變化,這時(shí)體現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 電感感值變小導致紋波電流變大曲線(xiàn)
在電路正常工作過(guò)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)持續輸出電流的穩態(tài),只不過(guò)有一個(gè)紋波的規律性波動(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,電感電流應滿(mǎn)足:
當時(shí),Boost電路工作在連續導通模式(CCM)
當時(shí),Boost電路工作在臨界導通模式(BCM)
當時(shí),Boost電路工作在非連續導通模式(DCM)
1. CCM模式
如圖6.16所示,CCM我們分成兩個(gè)階段分析,開(kāi)關(guān)導通和開(kāi)關(guān)關(guān)閉。

圖6.16 CCM模式下Boost電路的兩個(gè)狀態(tài)
當開(kāi)關(guān)管S為導通狀態(tài),二極管D處于截止狀態(tài),流經(jīng)電感L和開(kāi)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極對公共端的導通壓降Vs,即為Vi-Vs。ton時(shí),通過(guò)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(kāi)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(kāi)關(guān)周期便開(kāi)始了。此時(shí)電感電流平均值可表示為:

開(kāi)關(guān)管導通時(shí)的壓降Rds(on)和線(xiàn)路上其他電阻或者走線(xiàn)的的壓降,我們可以忽略不計。
當開(kāi)關(guān)管截止,二極管D處于導通狀態(tài),儲存在電感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),設二極管D的正向電壓為Vf,開(kāi)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(mǎn)足下式。

Vf為整流二極管正向壓降,快恢復二極管約0.8V,肖特基二極管約0.5V。在電路穩定狀態(tài)下,即從電流連續后到最大輸出時(shí)。

2. BCM
跟Buck電路一樣,BCM是一種臨界態(tài),相當于電感正好出現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)穩態(tài),如圖6.17。

3. DCM
在開(kāi)關(guān)關(guān)閉之后,電感處于一個(gè)釋放能量的裝填。電感的電流在繼續放電的過(guò)程中,一旦到達0A之后,沒(méi)有能量繼續釋放,會(huì )保持0A,此時(shí)輸出電流就依賴(lài)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)際測試到的波形如圖6.18中綠色曲線(xiàn)所示。

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