DC-DC電源非連續(xù)模式下的振蕩原因分析-KIA MOS管

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)樽枘嵴袷幍拇嬖冢厝粫?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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