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面试题
(1) Buck电路有几种工作模式?
(2) 如何辨别Buck电路工作在哪种模式?
(3) 如何调整参数,可以将Buck电路从CCM模式转为DCM模式?
Buck电路的工作模式
如上图所示,针对异步Buck电路,下管为二极管,其工作模式有三种:CCM、BCM、DCM。
如下图所示,针对同步Buck电路了,下管为MOS管,其工作模式有三种:CCM、BCM、FCCM。
辨别不同工作模式
前两条曲线,我们可以看到清晰的ton和toff,这里ton+toff=T。对应异步Buck电路,ton是上管Q1导通,D反向截止的时间。toff是上管Q1关断,D正向导通的时间。
第3条曲线,我们看到有ta,tb和tc。ta对应前面的ton;tb对应前面的toff;tc为系统闲置时间,是L储存的能量释放完,回路中电流已降为零,上管Q1仍然关断,D也关断,而一个开关周期T仍未结束,新的开关周期尚未开始。此时ta+tb≠T,ta+tb+tc=T。由此,也说明了在DCM下toff≠(1-D)*T。
这里,我们可以得出结论:通过电感电流归零的状态,来辨别Buck电路的工作状态。如果仅仅是回答本小节的问题,看到这里就可以了。但是想要深入了解DCM模式,我们有必要再往下深挖。
DCM的Buck直流传递函数
Buck电路在稳态时,开关管在导通时电感电流的增量ΔiL+等于在开关管截止期间电感电流的减量ΔiL-。
因此,电感电流在0-t1时间段内的增量ΔiL+有如下推导过程:
电感电流在t1-t2时间段内的减量ΔiL-有如下推导过程:
根据ΔiL+=ΔiL-,于是有:
其中,λ=L/RT。由此可以看出,该传递函数要比CCM的Vout/Vin=D要复杂很多。由此,我们又可以得出一个结论:在理想条件下,CCM的输出电压Vout只与占空比有关系,与负载、电感等无关。而DCM的输出电压Vout与电感L、负载电阻R、导通占空比Da、开关周期T都有关系。
控制不同模式间的转换
从上图可以看出,BCM状态下,电感电流变化量ΔI与输出电流Io有如下关系,即Buck电路CCM与DCM的临界条件:
在CCM状态下,输出电流Io(负载电流)较大,ΔI<2Io。
在DCM状态下,输出电流Io(负载电流)较小,ΔI>2Io。
(1) 在其他条件不变的情况下,增大负载阻抗R。因为在输出电压Vout不变的情况下,R越大,Io越小;
(2) 在其他条件不变的情况下,减小电感L。因为ΔI与L是存在计算关系的,这个在之前电感公式推导的文章中有详细推导。L减小,可以增大ΔI,使ΔI>2Io。
总结
总结下本文讲述的几个关键知识点:
(1) Buck常见的工作模式是有四种:CCM、BCM、DCM、FCCM;
(2) Buck电路的两种拓扑:异步、同步;
(3) 辨别Buck电路工作状态的方法:根据电感电流是否归零;
(4) DCM模式下Buck电路的直流传递函数。并得到结论:在理想条件下,CCM的Vout只与占空比D有关,而DCM的Vout的受影响因素很多。
(5) Buck电路的CCM与DCM的临界条件:ΔI=2Io;
(5) Buck电路从CCM切到DCM模式的方法:增大负载电阻或减小电感。
以上所述,部分内容涉及个人理解,如有觉得不妥,欢迎留言讨论。
怎么样?一个简短的问题,给出的回答可浅可深,就看你对这个知识点的理解达到怎样的程度。你学废了么?
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