3.1.5.2 DCM模式的直流增益和直流傳遞函數(shù)
(1) 小紋波近似方法
(2) 降壓電路DCM模式的子狀態(tài)1
(3) 降壓電路DCM模式的子狀態(tài)2
(4) 降壓電路DCM模式的子狀態(tài)3
(5) 將“伏秒平衡”應(yīng)用于降壓電路DCM模式的電感電壓波形
(6) 將“電荷平衡”應(yīng)用于降壓電路DCM模式的電容電流波形
(7) 解方程組(從而得到降壓電路DCM模式下的直流增益和直流傳遞函數(shù))
圖 3.8 降壓電路DCM模式下的電感電壓和電流波形
05、將“伏秒平衡”應(yīng)用于降壓電路DCM模式的電感電壓波形
“伏秒平衡”這個“宗(底層不變的基本原理)”在降壓電路的CCM、BCM和DCM三個模式下都是始終成立的。
如前《開關(guān)電源寶典·降壓電路(BUCK)的原理與應(yīng)用》“3.1.4.1 CCM模式下的直流增益和直流傳遞函數(shù)”章節(jié)所述:
降壓電路CCM模式下 T_ON 時間內(nèi)的電感電壓為 V_(L,ON)=V_IN-V_OUT ,T_OFF 時間內(nèi)的電感電壓為 V_(L,OFF)=-V_OUT (電感電流是減小的,感應(yīng)電壓與輸出電壓方向相反),這同樣適用于DCM模式。
針對降壓電路DCM模式下整個 T_SW 周期內(nèi),使用“伏秒平衡”原理可得(導(dǎo)通時間 T_ON 使用 D1*T_SW 表示,關(guān)斷時間 T_OFF 使用 D2*T_SW 表示,未知時間使用 D3*T_SW 表示):
從而,解得 (D1+D2) 的表達式如下:
這由“伏秒平衡”原理得到。這里需要知道的是,D2 是未知參數(shù)。
06、將“伏秒平衡”應(yīng)用于降壓電路DCM模式的電感電壓波形
基于降壓電路拓撲的“輸出節(jié)點”,由基爾霍夫定律電流定律可知,電感電流等于電容電流與負載電流之和(負載電流使用 I_OUT = V_OUT / R 表示),即
由“伏秒平衡”可知,輸出電容上的電流平均值為零,即
所以,電感電流平均值等于負載電流,即
根據(jù)平均值計算公式(3.6)可知,降壓電路DCM模式下的電感電流平均值(同時也是負載電流平均值,因為輸出電容電流平均值為零)就是電流曲線三角形的面積對開關(guān)周期 T_SW 的平均,即(3.55)
這里,電感電流平均值的計算,也可以參考“3.3.5 電感的平均電流”章節(jié)的方法,直接將電感瞬時電流公式代入平均值計算公式得到。如圖 3.8所示,或根據(jù)電感公式 ?I/?T=V/L 可知,降壓電路DCM模式下的電感電流峰值為
綜合(3.54) (3.55) (3.56)可得
這由“電荷平衡”原理得到。這里需要知道的是,V_OUT 是未知參數(shù),負載電阻 R 是已知參數(shù)。
07、解方程組
將上述公式(3.51)和(3.56)代入公式(3.57),可得:
將上述等式稍微整理,可得
將上述等式兩邊同時除以 V_OUT ,且稍加整理,可得:
將上述等式兩邊同時乘以 2L/(D1^(2)*T_SW ) ,可得:
因為,降壓電路的輸入電壓 V_IN 和輸出電壓 V_OUT 都是大于0的,所以方程(3.62)的根1(即公式(3.64))的倒數(shù)就是降壓電路DCM模式的直流增益:
以上公式中, D 或 D1 表示導(dǎo)通時間的占空比,D2 表示關(guān)斷時間的占空比,D3 表示降壓電路DCM模式下未知時間的占空比, M_DCM (D,K) 中的“D”,表示 M_DCM (D,K) 是占空比D的函數(shù)(同時也是K的函數(shù))。將上述公式(3.66)兩邊同時乘以輸入電壓 V_IN ,得到降壓電路DCM模式的直流傳遞函數(shù):
上述公式(3.67)和(3.68)中,K=2L/(R*T_SW ) ,將在“3.1.4.3 CCM模式與DCM模式的‘關(guān)鍵條件’”章節(jié)詳述該參數(shù)的意義(參考下篇文章)。