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DC-DC電源非連續(xù)模式下的振蕩原因解析
  • 發(fā)布時(shí)間:2022-08-29 16:01:55
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DC-DC電源非連續(xù)模式下的振蕩原因解析
以BUCK電路為例,如圖1是一個(gè)典型的BUCK電路,當(dāng)電路工作在電感電流不連續(xù)(DCM)狀態(tài)時(shí),假設(shè)電路中的元件都是理想的:忽略電感和電容的寄生參數(shù),忽略MOS管和肖特基二極管的管壓降,負(fù)載電容足夠大使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。
開關(guān)電源 振蕩 BUCK電路
圖1 典型BUCK電路
當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)(ta~tb),電流回路從VIN-Q1-L1-C1-GND,電感電流逐漸上升,此時(shí)UD電壓約等于VIN;當(dāng)MOS管關(guān)閉時(shí)(tb~tc),電流回路從L0001-C1-D1-L1,電感電流逐漸下降,此時(shí)UD電壓約等于GND;當(dāng)電感電流下降到0(tc~td,MOS管仍處于關(guān)閉狀態(tài)),此時(shí)UD電壓約等于VOUT。
按照上述分析,周而復(fù)始,我們得到的UD的理想電壓波形應(yīng)該如圖2所示。
開關(guān)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(cè)出來的UD點(diǎn)的實(shí)際電壓波形如圖3所示,在電感電流不連續(xù)的這段時(shí)間里,UD點(diǎn)電壓出現(xiàn)了衰減振蕩波形,其實(shí)這是電流不連續(xù)工作狀態(tài)下完全正常的現(xiàn)象。
開關(guān)電源 振蕩 BUCK電路
圖3 UD電壓與電感電流實(shí)際波形
圖2所示波形是我們將電路元件參數(shù)完全理想化得出來的,當(dāng)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?cè)賮矸治鰐c~td這段電感電流不連續(xù)的過程。
前面我們分析到,當(dāng)電感電流降到0時(shí),UD點(diǎn)電壓等于VOUT,我們作出此時(shí)的交流的等效電路,如圖4所示。
開關(guān)電源 振蕩 BUCK電路
圖4 電流為0時(shí),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(gòu)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?yàn)殡姼械睦@線電阻等損耗阻抗存在,將使二階電路處于欠阻尼狀態(tài)(因?yàn)殚_關(guān)電源講求高效率,電路中的損耗電阻一般都設(shè)計(jì)的很小,很少處于過阻尼狀態(tài)),進(jìn)而導(dǎo)致衰減振蕩。對(duì)于其他開關(guān)電源在電流不連續(xù)狀態(tài)產(chǎn)生的振蕩,分析過程也同上。
因?yàn)樽枘嵴袷幍拇嬖?,必然?huì)存在損耗,降低開關(guān)電源效率,但是因?yàn)镃L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(duì)來說是比較小的。
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