电源变换基础及应用第3章不连续导通模式DCM

D1 为开关管导通时间占空比； D2
为二极管的续流时间，未知！
第3章不连续导通模式DCM
电源变换基础及应用
电容安秒平衡与电感电流波形
v(t ) iL (t ) iC (t ) , R iC (t ) 0
I
导通器件 0
流过二极管的最小电流为 I iL
V (b) 电流直流分量（或平均值）为：I R V V Vg DDTs 开关扰动峰值为：iL g DTs 2L 2L
DTs Q1 D1
Ts
Q1
ΔiL t
iD(t)
注意：I 取决于负载， iL 与负载Fra Baidu bibliotek关
电源变换基础及应用
I 0 DTs
化简得：
2L D RTs
DCM的条件可另记作：
K K临界
其中：K 2L RTs , K临界 ( D) D
电源变换基础及应用 第3章不连续导通模式DCM
K、K临界 和D
2 K<K临界: DCM 1 K=2L/RTs
K>K临界: CCM
2
K>K临界: CCM K=2L/RTs
1
0
0 Buck变换器 K临界与D的关系
+
v(t)
Vg
C
由小扰动近似原理 简化，得
vL (t ) Vg V iC (t ) iL (t ) V R
-
电容上的电压扰动可以 忽略，而电感上的电流 扰动却不能忽略
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
状态2：开关管截止，二极管导通
电感电压和电容电流：
vL (t ) v(t ) iC (t ) iL (t ) v(t ) R
max ( K临界 )
R临界 ( D)
0 D1
min ( K临界 )
Buck
(1 D)
1
2
2L (1 D ) 2 Ts
2L (1 D )Ts
2
L Ts
Boost
D(1 D)
4 27
27 L 2 Ts 2 L Ts
Buck-boost
(1 D)
2
1
2L D(1 D) 2 Ts
第3章 不连续导通模式DCM
3.1 不连续导通模式的原因及临界值 3.2 变换率分析
3.3 Boost变换器举例
3.4 变换器DCM仿真
3.4.1 Buck变换器DCM仿真 3.4.2 Boost变换器DCM仿真
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
3.1 不连续导通模式的原因及临界值
Q1 iL(t) Vg D1 iD(t)
Vg iL(t) L
D1Ts t ( D1 D2 )Ts
+ vL(t) C
iC(t)
R
+
v(t)
由小扰动近似原理 简化，得
vL (t ) V iC (t ) iL (t ) V R
-
电容上的电压扰动可以 忽略，而电感上的电流 扰动却不能忽略
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
状态3：开关管截止，二极管反偏
电感电压和电容电流：
vL (t ) 0, iL (t ) 0 iC (t ) iL (t ) v(t ) R
( D1 D2 )Ts t Ts
L
iL(t)
+ vL(t) Vg
iC(t) R
+
v(t)
C
忽略电容上的电压扰动，得
vL (t ) 0 iC (t ) V R
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
3.2 变换器分析
(a) iL(t) L + vL(t) - i (t) C Vg C R
+
v(t)
Q1 iL(t) Vg D1 iD(t) C R L
+
V
(b) 状态2 Vg
iL(t)
L
+ vL(t) - i (t) C C R
+
v(t)
(c) L
iL(t)
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
电感伏秒平衡
vL(t) Vg-V D1Ts D2Ts
D3Ts 0
Ts
t
-V
DCM下Buck 变换器电感电压波形
由电感伏秒平衡得：
vL (t ) D1(Vg V ) D2 (V ) D3 (0) 0
解得：V Vg
D1 D1 D2
ΔiL
Ts
t
第3章不连续导通模式DCM
进一步减少负载电流
继续增大R，使得 I iL
(a)
这时将出现三种状态：
•状态1： D1Ts 时间段，开关管导通 •状态2： D2Ts 时间段，开关管截止，
DCM状态下电感电流和二极管电流波形 iL(t)
二极管导通
•状态3： D3Ts 时间段，开关管继续保持 截止，而二极管上的电流为零 电感电流不连续的状态称为变换器 不连续导通状态（DCM）
+ vL(t) - i (t) C Vg C R
+
v(t)
-
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
状态1：开关管导通 0 t D1Ts
电感电压和电容电流：
vL (t ) Vg v(t ) iC (t ) iL (t ) v(t ) R
iL(t)
L + vL(t) iC(t) R
1
D
0
0
K>1,Buck 变换器只能工作在 CCM状态
1
D
DCM判据可以重新整理为：
R 2L R临界 DTs
其中R为负载电阻
因此：
R R临界 , CCM R R临界 , DCM
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
典型变换器CCM与DCM的临界条件
变换器
K临界 ( D)
0 D1
DTs D1
Ts
Q1
t
ΔiL
注意：I 取决于负载， iL 与负载无关
0 DTs
Ts
t
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
负载电流的减少
增大R，直到 I iL
Q1 iL(t) Vg D1 iD(t)
Buck变换电路 L
(a)
+
C R
V
CCM与DCM临界状态电感电流和二极管电流波形 iL(t)
Buck变换电路 L
+
C R
V
(a)
CCM状态下电感电流和二极管电流波形
iL(t) I ΔiL
-
流过二极管的最小电流为 I iL
V I 电流直流分量（或平均值）为： R Vg V Vg DDTs 开关扰动峰值为：iL DTs 2L 2L
导通器件
(b) iD(t) I
0 Q1
I 导通器件 (b) iD(t) 0
D1Ts Q1
DTs
D2Ts D1
D3Ts X
Ts Q1
t
0
DTs
D2 Ts
Ts
t
电源变换基础及应用
第3章不连续导通模式DCM
临界状态
连续导通与不连续导通的判据条件可写为
I iL , CCM I iL , DCM
不连续导通模式的判断条件
DVg R DDTsVg 2L