BUCK电路的三种工作模式：CCM、BCM和DCM详解

BUCK电路的三种工作模式：CCM、BCM和DCM详解

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/weixin_44634860/article/details/142689975

连续导通模式CCM

CCM工作状态

一个开关周期内，电感内的电流始终大于0，电感在DCDC整个工作周期中一直处于充电放电状态；即使DCDC的功率开关管断开时（Toff），电感中一直有电流流过；
功率开关管闭合时（Ton），电感中电流以一定的速率上升；功率开关管断开时（Toff），电感中电流以一定的速率下降；
同步DCDC忽略开关压降时，满足下列式子：
CCM工作模式下，纹波电流小于2倍的输出电流；

CCM特点

• 优点：高稳定性，适用于对电压稳定性要求更高的场景；电感电流连续，纹波电流低，电磁干扰较小；重负载下转换效率较高，适用于中高功率应用；
• 缺点：轻负载时损耗大；
  问题：为什么CCM在轻载下损耗较大？

1. 轻载下，电感上一直有电流流过，电感有一定的直流阻抗ESR，因此电感上有一定的损耗；与DCM相比，电感损耗较大；
2. 轻载下，频率与重载时是一样的，开关损耗不变的；与BCM相比，开关损耗较大；

临界导通模式BCM

BCM工作状态

DCDC控制器监控电感中的电流量，一旦检测到电感中的电流为0时，DCDC功率开关管立即闭合，开始重新给电感进行充电；即DCDC控制器通过电感电流量为0来激活开关；
从上图中可以看到，DCDC的周期是可变的；
功率开关管闭合时（Ton），电感中电流以一定的速率上升；功率开关管断开时（Toff），电感中电流以一定的速率下降（下降速率随负载电流的大小而变化）；
同步DCDC忽略开关压降时，满足下列式子：
BCM工作模式下，纹波电流等于2倍的输出电流；

BCM特点

• 优点：开关频率随负载变化而变化，可以适应不同的负载，在不同负载下保持较高的转换速率，适用于负载变化大的场合；不同负载下损耗较低；
• 缺点：需要检测DCDC电感中的电流量，控制复杂；频率在变化中，对滤波要求较高；
  注意：BCM是处于CCM与DCM模式之间的一种临界模式，是一种理想模式，并不常使用。

断续导通模式DCM

DCM工作状态

一个开关周期内，电感电流总会到0；
功率开关管闭合时（Ton），电感中电流以一定的速率上升；功率开关管断开时（Toff），电感中电流以一定的速率下降，电感中电流变为0后维持电感中电流量为0直到此开关周期结束；在下一周期开始时，DCDC功率开关管才会重新闭合，电感重新开始充电；
由于每个周期中电感都会有一段时间电流为0，即使忽略开关压降时，也无法满足下列：
DCM工作模式下，纹波电流大于2倍的输出电流；

DCM特点

• 优点：在轻载模式下，频率较低且存在电感为0的时刻，开关损耗与电感直流阻抗损耗都较小，效率较高；
• 缺点：纹波较大，稳定性差；输出电压波动大；电磁干扰较大；
  问题：在电感电流为0时，SW的波形为什么会出现震荡？
  DCM工作模式下，当电感电流为0但一个开关周期仍为结束时，控制器依然会断开两个NMOS管，此时，SW未连接到Vin或GND，处于浮动的状态，DCDC等到下一个周期开始后才会重新闭合功率管为电感充电；
  电感电流降为0的瞬间，NMOS管（下管）体二极管反向截止，产生反向电流；由于NMOS管存在寄生电容，走线中存在一定寄生电感，二者一起构成LC振荡器；二极管反向电流构成的能量在LC在振荡器中不断震荡且逐渐消耗变弱，直到下一个周期重新开始。