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由Buck变换器的工作原理可以看出,电感可以工作在电流连续的方式下,也可能工作在电流不连续的工作状态。以此为规范将Buck变换器的工作模式分为两种:电感电流连续工作模式co
ti
uouscurre
tmodeCCM和电感电流断续模式disco
ti
uouscurre
tmodeDCM。
电感电流连续是指输出滤波电感的电流总大于零,电感电流断续是指在快关管段期间有一段时间输出滤波的电流为零。在这种工作方式之间有一个工作边界,称为电感电流临界连续状态,即在开关管关断末期,滤波电感的电流刚好降为零。下面分别讨论电感电流处于不同模式时的变换器工作原理。1电感电流连续模式
如图22所示为电流连续导电模式下的相关波形:
图22电流连续模式下电路波形
在0t1区间,开关管S处于导通状态,电源电压通过S到二极管VD两端,故二极
管VD截至。电流流过电感,由于输出滤波电容保持不变,则电感两端呈现正电压225
fULUiU0,由于UiU0所以,在该电压作用下输出滤波电感中电流iL线性增长,知道
t1时刻,iL达到最大值IL1。在S导通期间,电感电流的增量及开关管的占空比D分别为
iL
t2t1
U0L
dt
U0L
Ts
t1
U0L
1
DTs
其中Dt1Ts
(0D1)(21)
在t1ts区间,S关断,由于电感的储能作用,iL经二极管VD继续流通,此时加在
输出滤波电感上的电压ULU0,呈现负值,电感中电流iL线性衰减,直到Ts时刻,iL达
到最小值IL2。在S截至期间,电感电流的减小量为
iL
Tst1
U0L
dt
U0L
Ts
t1
U0L
1DTs(22)
由于稳态工作下的电感电流iL波形必然周期性重复,因此S导通期间iL的增量必然等于S
截至期间的减小量,即iLiL,所以
Ui
U0L
DTs
U0L
1
DTs
(23)
整理得
DU0(24)Ui
由式(24)可知,输出电压与开关管的占空比D成正比,所以通过改变开关管的占空比可以控制输出平均电压的大小。由于占空比总是小于1,所以输出电压总是小于输入电压,故常称为降压式变换器。改变占空比就可以改变输出电压值。(2)电感电流断续模式
当电感较小,负载电阻较大或Ts较大时,将出现电感电流已下降到0,但新的周期却尚
未开始的情况。如图23为电流断续模式下Buck电路的相关波形
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f图23电流断续模式下电路波形
在0t1区间,开关管S处于导通状态,与电感电流连续模式下的工作情况相同,此
时iLIL1。在T1时刻,S关断,电感中电流iL线性衰减,直到tdis时刻下降到0,即
iL
Utdis
0
t1
L
dt
U0L
tdis
t1
U0L
DTs(25)
式中,
D
tdisTs
t1r