DC/DC变换器传导模式概述
如果你环顾互联网和应用笔记切换DC/DC转换器示例设计，它们几乎总是以连续导通模式(CCM)工作。这个操作条件究竟是什么，它是如何受到组件选择的影响的?答案有点复杂，取决于开关转换器的拓扑结构，但有一个简单的过程，用于确定所需的组件值，以确保连续导通。在连续传导(临界传导或不连续传导)之外，转换器可能会表现出一些不同的行为，这可能是不可取的。
在本文中，我们将研究不连续传导模式是如何产生的，以及组件值+寄生是如何发挥作用的。
什么是DC/DC变换器导通模式?
DC/DC变换器导通方式是指电感电流在变换器的开关阶段所表现出的开关作用。有三种传导模式
- 连续导通方式:开关稳压器中的电感始终具有非零电流。
- 临界导通模式:当电感电流降至零时，电感电流立即开关ON。这需要一个特定的占空比。
- 断续传导模式:电感电流下降到零，并保持在零，直到PWM信号中的下一个脉冲。如果占空比过短或负载过小，就会发生这种情况。
你在网上从半导体供应商那里找到的大多数设计都是为了在连续传导模式下工作。电感电流的相同思想和开关行为可以在其他功率电路中找到，即aPFC电路。
另外两种模式并不一定是坏的或不可取的。事实上，在不连续模式下，你可以在所需的输出电压下有稳定的调节，并且你会有更低的开关损耗，因为开关FET会关闭一段时间。然而，由于感应部分的电流不连续，与连续传导模式的情况相比，可能会有一些额外的噪声。
为了保持开关转换器在连续导通模式下工作，需要选择元件，使输出部分的电感和电容高于某个临界值。如果这些值太小，电感电流将很快降为零。二极管或整流器的正向电压也必须足够低，以允许在开关期间以所需的电感电流进行正向导通，否则即使正向偏置，二极管也会阻塞导通。
开关DC/DC变换器中的导通模式。
当我们不在连续传导模式时会发生什么?寄生是如何发挥作用的呢?让我们看一个例子。
组件寄生产生振荡
上述过程的一个问题是，当寄生存在时，很难确定开关调节器的真实行为。开关稳压器输出电压的动态行为可以用理论场效应晶体管驱动器在简单的模拟中检查。一个buck转换器的例子如下所示。
该buck变换器可以在不连续模式下工作，并且会有组件寄生影响输出电压。
正如我们将看到的，这个转换器可以在不连续模式下工作。上面选择的组件也会有寄生，产生与理想行为的偏差。在实际的转换器中，可以观察到由于电容器中的ESL、dI/dt回路中的寄生电感和电感器中的绕组电容而引起的振荡。这些组件有自已谐振频率对应于瞬态响应中的振荡。
在两种情况下可以观察到瞬态响应中的振荡:
- 在开关过程中，在输出电压或电感电流上可以观察到振荡
- 在启动过程中，输出电压突然从零上升到其标称直流值
如果我们只看一个小电感器(3 uH)和10 Ω的低负载的情况，我们可以看到电感电流在下降边缘上有200 mA的峰值振幅的清晰振荡。电路的导通部分非常严重，超调量达到-17.6 A。在这些条件下，转换器在不连续模式下工作。
在不连续模式下，由于开关期间LC部分的瞬态响应，在输出上有一个振荡。
在不连续模式下，当电感电流达到零时，输出会出现欠阻尼振荡。就像输出滤波的情况一样，最简单的解决方案是在输出滤波电容器上添加少量的电阻(大约1欧姆)。您可以在暂态分析模拟中发现这种行为。
现在如果我们在模拟中包括寄生，我们可以看到额外的瞬态行为。我们可以在下面的例子中看到这两种效果。当模拟中包含绕组电容(1 nF)和电容ESL值(10 nH)时，有附加欠阻尼的振动对输出电压和电感电流。电容中的寄生电感有两个贡献:迹电感，通常为5-10 nH/英寸，以及ESL值，当考虑通孔和衬垫时，通常为~1 nH。
寄生产生了额外的瞬时行为。
从这些例子中，我们得到了一个重要的结论:理解电路中的寄生是至关重要的，因为这些寄生会导致设计在不希望的模式下运行(不连续传导)，并且在开关期间输出上有过度的振荡行为。
更复杂的拓扑
超过单元件或半桥开关级的标准降压、升压或降压-升压电路的开关稳压器可以有更复杂的最小元件值公式。如果您打算在连续传导模式下运行，这些公式是开始了解最小组件值的合适地方，但您仍然应该用理想负载模拟您的调节器。参数扫描元件值将帮助您确定转换器何时在连续传导模式下运行。
到目前为止，我们所讨论的一切都集中在开关稳压器上，但同样的思想也适用于电机控制的桥式电路，其中PWM信号用于调制发送到电机绕组的电流。唯一的区别是我们不使用电容来平滑输出到标称DC值，我们只是允许PWM信号完全关闭，电流周期性地降为零。电机驱动电路中的振荡产生的原因与开关稳压器相同:这是由于上述讨论的寄生激励欠阻尼瞬态。在设计这些电路时，使用暂态分析模拟来发现这些振荡是很重要的。
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