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  • DC-DC电源非连续模式下的振荡原因解析
    • 发布时间:2022-08-29 16:01:55
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    DC-DC电源非连续模式下的振荡原因解析
    以BUCK电路为例,如图1是一个典型的BUCK电路,当电路工作在电感电流不连续(DCM)状态时,假设电路中的元件都是理想的:忽略电感和电容的寄生参数,忽略MOS管和肖特基二极管的管压降,负载电容足够大使输出电压保持稳定不变。
    开关电源 振荡 BUCK电路
    图1 典型BUCK电路
    当MOS管导通时(ta~tb),电流回路从VIN-Q1-L1-C1-GND,电感电流逐渐上升,此时UD电压约等于VIN;当MOS管关闭时(tb~tc),电流回路从L0001-C1-D1-L1,电感电流逐渐下降,此时UD电压约等于GND;当电感电流下降到0(tc~td,MOS管仍处于关闭状态),此时UD电压约等于VOUT。
    按照上述分析,周而复始,我们得到的UD的理想电压波形应该如图2所示。
    开关电源 振荡 BUCK电路
    图2 UD电压与电感电流理想波形
    然而示波器测出来的UD点的实际电压波形如图3所示,在电感电流不连续的这段时间里,UD点电压出现了衰减振荡波形,其实这是电流不连续工作状态下完全正常的现象。
    开关电源 振荡 BUCK电路
    图3 UD电压与电感电流实际波形
    图2所示波形是我们将电路元件参数完全理想化得出来的,当我们考虑到MOS管DS间的分布电容C_DS以及电感的寄生电容CL后,我们再来分析tc~td这段电感电流不连续的过程。
    前面我们分析到,当电感电流降到0时,UD点电压等于VOUT,我们作出此时的交流的等效电路,如图4所示。
    开关电源 振荡 BUCK电路
    图4 电流为0时,BUCK电路交流等效模型
    可以看出,电感L1和分布电容CL、C_DS构成了二阶电路,初始条件为电容两端电压等于VOUT,电感中的电流为0,因为电感的绕线电阻等损耗阻抗存在,将使二阶电路处于欠阻尼状态(因为开关电源讲求高效率,电路中的损耗电阻一般都设计的很小,很少处于过阻尼状态),进而导致衰减振荡。对于其他开关电源在电流不连续状态产生的振荡,分析过程也同上。
    因为阻尼振荡的存在,必然会存在损耗,降低开关电源效率,但是因为CL与C_DS比较小,存贮的能量也很小,因此此处造成的损耗相对来说是比较小的。
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