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  • DC-DC電源非連續模式下的振蕩原因解析
    • 發布時間:2022-08-29 16:01:55
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    DC-DC電源非連續模式下的振蕩原因解析
    以BUCK電路為例,如圖1是一個典型的BUCK電路,當電路工作在電感電流不連續(DCM)狀態時,假設電路中的元件都是理想的:忽略電感和電容的寄生參數,忽略MOS管和肖特基二極管的管壓降,負載電容足夠大使輸出電壓保持穩定不變。
    開關電源 振蕩 BUCK電路
    圖1 典型BUCK電路
    當MOS管導通時(ta~tb),電流回路從VIN-Q1-L1-C1-GND,電感電流逐漸上升,此時UD電壓約等于VIN;當MOS管關閉時(tb~tc),電流回路從L0001-C1-D1-L1,電感電流逐漸下降,此時UD電壓約等于GND;當電感電流下降到0(tc~td,MOS管仍處于關閉狀態),此時UD電壓約等于VOUT。
    按照上述分析,周而復始,我們得到的UD的理想電壓波形應該如圖2所示。
    開關電源 振蕩 BUCK電路
    圖2 UD電壓與電感電流理想波形
    然而示波器測出來的UD點的實際電壓波形如圖3所示,在電感電流不連續的這段時間里,UD點電壓出現了衰減振蕩波形,其實這是電流不連續工作狀態下完全正常的現象。
    開關電源 振蕩 BUCK電路
    圖3 UD電壓與電感電流實際波形
    圖2所示波形是我們將電路元件參數完全理想化得出來的,當我們考慮到MOS管DS間的分布電容C_DS以及電感的寄生電容CL后,我們再來分析tc~td這段電感電流不連續的過程。
    前面我們分析到,當電感電流降到0時,UD點電壓等于VOUT,我們作出此時的交流的等效電路,如圖4所示。
    開關電源 振蕩 BUCK電路
    圖4 電流為0時,BUCK電路交流等效模型
    可以看出,電感L1和分布電容CL、C_DS構成了二階電路,初始條件為電容兩端電壓等于VOUT,電感中的電流為0,因為電感的繞線電阻等損耗阻抗存在,將使二階電路處于欠阻尼狀態(因為開關電源講求高效率,電路中的損耗電阻一般都設計的很小,很少處于過阻尼狀態),進而導致衰減振蕩。對于其他開關電源在電流不連續狀態產生的振蕩,分析過程也同上。
    因為阻尼振蕩的存在,必然會存在損耗,降低開關電源效率,但是因為CL與C_DS比較小,存貯的能量也很小,因此此處造成的損耗相對來說是比較小的。
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