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Buck电路中的CCM和DCM
降压电路是一种基本的DC/DC变换器。随着IPM驱动和MCU供电、LED照明
驱动、继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越
多,而目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以内,一种高压的降压
型斩波变换器被研究和使用得越来越广泛。考虑到降压电路构成简单、成本较低,
因此这种变换器具有良好的市场前景。本文对其原理和高压降压电路应用设计进
行了详细地阐述。
降压电路拓扑分析
图1是降压拓扑的电路图。当t=0时驱动S导通,电源Uin向负载供电,电感电
流iL线性上升。当t=ton时控制S关断,二极管VD续流,电感电流呈线性下降。
图1:降压拓扑电路图。
根据电感电流是否连续,可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和
临界电流模式(BCM或CRM或TM)。通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波
小。但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗,通常选定电感电流不连续模式
(DCM)。CCM和DCM下的各参数波形如图2所示。
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图2:CCM和DCM下主要参数波形。

设IL为iL的平均值,△iL是iL的纹波值。则在BCM和CCM模式下:
稳态时:
又
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从(3)和(4)得:
从(1)、(2)和(5)得:在CCM下,(5)取>号
在BCM下,(5)取等号,==>L=R*Ts*(1-D)/2

设图2中t1处iL=0,且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。则稳态时L上电压开关周期平
均值为0:
C在开关周期内电流平均值为0:
iL的平均值:IL=△iL*(D+a)/2<△iL/2
Load电流:Io=Uo/R
根据(7)、(8)和(4)得:*[(Uin-Uo)/L]*D*Ts*[Uin*D/Uo]=Uo/R
且:K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x),x=Ts*R/L,y=Uo/Uin。
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图3:各模式下Uo/Uin的比值变化图。
降压仿真
使用SACT软件对降压电路进行仿真。若输出电压Uo=15V、输入电压Uin=220V,
则选取驱动脉冲P1占空比D=Uo/Uin=15/310=。选取R=75Ω,则输出
电流Iout=15/75=。取频率为f=100kHz,按照临界电感电流模式(CRM)来设
计,L=R*T*(1-D)/2=75Ω*(1-)/(2*100kHz)=。
相应的电路和波形如图4所示。波形从上而下分为:Vdc1,Vds(SW),VR1、IL1
和ID1。
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图4:降压拓扑电路仿真图。
实现降压电路的控制器A635x

STR-A635x系列是内置功率MOSFET和控制器的Flyback型开关电源用厚膜集成
电路。A635x为PRC工作方式,采用DIP-8封装,最适于小功率电源。由于所
需外接器件很少,电路设计简?g,因此容易实现电源的小型化和标准化。注:PRC
为PulseRatioControl(关断时间一定的导通脉冲宽度控制)的缩写。
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图5:A635x的方框图。
A635x特点:
●小型DIP-8绝缘封装,适合于低背、小容量开关电源。
●使用OnChipTrimming技术,振荡器内置于控制器MIC中。
●控制器内部的比较器使用了温度补偿,温度漂移小。
●电源启动前控制器的工作电流小(50μAmax)。
●内置有源低通滤波器,使电源在轻负载时能稳定工作。
●使用高耐?RMOSFET,保证MOSFET的雪崩能量:
●由于保证MOSFET的雪崩能量,因此可以简化浪涌吸收电路的设计
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●可免除Vdss的余量设计
●内置MOSFET的定电压驱动电路
●丰富的保护功能
●过电流保护(OCP):逐个脉冲方式
●过电压保护(OVP):锁定方式
●过热保护(TSD):锁定方式
A635x的方框图如图5所示。

定电压控制是以固定MOSFET的OFF时间(?P15μsec)、调节ON时间的PRC工
作方式进行。该工作方式为PRC方式。
图6:PRC定电压控制动作电路图。
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输出电压的定电压控制是由光耦的反馈电流实现的。当VR5电压(ID的峰值)+VR4
电压(FB电流)。故A63系列为电流
控制方式。
一般的,在电流控制方式下轻载时VR4的电压较大(由于光耦的反馈量较大),
。A63系列为了防止
这种现象,在MOSFET关断期间使用一个A-LPF降低OCP/FB端子与GND间的
阻抗。,在MOSFET导通前,流入OCP/FB的定
电流降低反馈电流产生的偏置电压,使电源能在轻载时稳定工作。
与ST的Viper12相比,两者的反馈方式和开关电流设置等特点如表1所示。
表1:ST与Viper12对比表。
应用实例

电感Lp:在PWM动作模式下,电感选择可依据:
其中:Po为输出功率,Idp为开关电流峰值,fsw为开关频率。
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在PRC动作模式下,并且处于电感电流临界模式时,
式中:R是负载电阻,T是开关周期。
[计算例]=90V时,Idp=,Po=,fsw=(
波形)。于是,Lp≌(2Po)/(Idp2*fsw)=2*/[()2*]=?mH。
若要计算临界电感电流模式(BCM)下的电感值,可根据(2)式:
Lb=*(Uo/Io)*Toff=*(15V/)*15μs=。
由于现在采用的电感Lp=
输入电容Cin:
上式中:I是放电电流,η是效率,△U为输入电压的纹波值,t是电容向负载
释放电流的期间,T是整流周期,t由下式计算:
,其中Uinmin与Upeak分别为输入交流Uin的
最小、最大值。
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[计算实例]=90V是条件最苛刻的状态,按此电压计算,
Upeak=90*=,Uinmin=90**=,全波整流下T=10ms。
所以,t=10ms*(+arcsin()/2π)=10ms*(+)=[ms]。取效
率η=,
则:Cin=(*)/(**(-))=[μF]。
本实验中,输入电容的值取为22μF/400V。输出电容Cout:
式中:△Uo是输出纹波电压,D是占空比,L是输出电感值,Ts为开关周期。
[计算实例]Ton=Lp*(Idp/-Uo)=*/(-15)V=[μs],T
=Ton+=+18=[μs]。
T=[μs],D=Ton/T=%,△Uo=15V*1%=,则:
Cout=()2*15V/(8**)*(1-%)=。
本实验中,输出电容的值取为10μF/35V取即可满足要求。

基于上述计算,主要参数选取为:,续流二极管为RL3A,输出电
容400V/22μF,输出电容35V/10μF,OCP电阻Rocp=,启动电阻1MΩ。
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反馈电路的参数为14A的稳压二极管和1kΩ的电阻。A635x构成降压应用电路,
详细请参考图7。
图7:A635x构成降压应用电路。

:见表2。
表2:典型输入电压下电源效率。
:见表3。
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表3:输出静态性能。

实验条件:=90V(除非特别指出),Load=15V/。波形如图8所示。
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图8:动作波形实验结果分析图。
本文小结
STR-A635x构成的降压电路DC/DC变换器能正常工作,输出能满足规格要求。
利用A635x中的MOSFET,构成降压电路拓扑结构,并用稳压二极管与电阻结合
构成反馈电路,形式简单。A635x在电源正常时工作效率也较高,并且由于是
PRC模式,OFF时间一定,电感设计较为方便。
这种电路可用于IPM/MCU驱动和供电、LED显示、继电器和交流开关等的小功
率供电的场合。因为这种电路构成成本较低,因此具有良好的市场前景。
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