資料介紹
僅一個電池可能無法為復(fù)雜系統(tǒng)提供正常工作所需的所有電壓軌。汽車LED驅(qū)動器、音頻放大器以及電信等應(yīng)用需要升壓轉(zhuǎn)換器將較低輸入電壓轉(zhuǎn)換為較高輸出電壓。要確定應(yīng)該將轉(zhuǎn)換器的工作模式設(shè)計成連續(xù)傳導模式 (CCM)、非連續(xù)傳導模式 (DCM) 還是二者的結(jié)合,這對于升壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計人員來說可能不太明確。
升壓轉(zhuǎn)換器的形狀和尺寸多種多樣,所支持的電源等級和升壓比率非常廣泛。這些要求決定了升壓轉(zhuǎn)換器最適合在CCM下工作,還是在DCM下工作。在DCM下,電感器電流在 FET 導通時開始從零升高,并在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前完全放電歸零。但在非同步 CCM 升壓情況下,無論電流是在升高、在下降,還是在將電感器儲存的能量釋放到輸出電容器和負載中,電感器電流始終大于零。
在CCM下,占空比對負載而言是恒定的,但會隨輸入電壓變化而變化。在大多數(shù)CCM設(shè)計中,當?shù)陀谀骋蛔畹拓撦d時,工作模式會轉(zhuǎn)換為DCM,因為電感器電流在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前最終會降低至零。
在大多數(shù)情況下,高功率升壓轉(zhuǎn)換器工作在CCM下,而低功率升壓則在DCM下完成。這是因為CCM允許較低峰值電流流過整個電路,通常會帶來較低電路損耗。但可能在高電壓升壓轉(zhuǎn)換的輸出整流器中也有例外,例如在PFC中,反向恢復(fù)電流會導致更多損耗。這種損耗通??刹捎酶哔|(zhì)量(快速)整流器進行處理。
如果在DCM下工作,會出現(xiàn)在CCM模式下兩倍的峰值電感器電流,但如果故意減小電感值,則該電流可能還會高很多。這些更高電流不僅可增大輸入輸出電容器中的均方根電流,而且還可增加 FET 中的開關(guān)損耗,因此需要更大(或更多)的組件來應(yīng)對附加應(yīng)力。單這一項不足通常就能掩蓋 DCM 在高功率下提供的其它優(yōu)勢。
盡管電感器均方根電流在 DCM 下更高,但其線阻通常會低很多,因此銅損耗往往與 CCM 相同或更低。不過,DCM 下的核心損耗在高功率等級下更大。有時候可能需要更大的核心來處理這些增加的損耗,這會使經(jīng)常讓人振奮的“更小電感器尺寸”優(yōu)勢黯然失色。DCM 能真正發(fā)揮優(yōu)勢的地方是較低功率等級,這里電容器和 FET 中增加的應(yīng)力不一定需要較大組件,采用較小電感器即可。
DCM的一個額外優(yōu)勢是在以高升壓比率工作時(此時CCM工作需要大量的導通時間),可通過減小電感值來縮短導通時間(伴有更高峰值電流)。這非常好,因為控制器經(jīng)常會達到最大可控制導通時間(或最小關(guān)斷時間)限值,跳過脈沖。這樣,設(shè)計人員可根據(jù)控制器的可工作范圍對導通和關(guān)斷時間進行微調(diào)。此外,DCM 的控制環(huán)路表現(xiàn)要優(yōu)于CCM,因為沒有右半平面零點,其可轉(zhuǎn)換為優(yōu)異的瞬態(tài)性能。
有時候可通過減小電感值將RHPZ的影響降到最低,我們可將RHPZ推到影響較小的更高頻率位置。無論在輕負載、啟動還是在瞬態(tài)條件下,所有CCM升壓都可在一定條件下以 DCM 模式工作。這完全可以接受,但應(yīng)該搞清楚出現(xiàn)這種情況時的條件。
圖 1 是電感方程式(方程 1)中反向升壓比率 (VIN/VOUT) 與占空比 (D×(1-D)2) 的比較圖。該項目與 CCM 升壓轉(zhuǎn)換器中所需的電感成正比。本圖中的峰值出現(xiàn)在 VIN/VOUT 比值為 2/3 時或升壓比率 (VOUT/VIN) 為 1.5 時。這可能是有些不太直觀的結(jié)果。它的意思是,在采用變化輸入電壓的設(shè)計中,電路必須在 VIN/VOUT 比率的一個區(qū)段間工作。如果該范圍非常廣泛而且該區(qū)段包含圖 1 中的峰值,那就應(yīng)該在 2/3 的 VIN/VOUT 比率位置計算電感。如果該區(qū)段不包含 2/3 點,那它就應(yīng)該在其相對峰值比率處進行設(shè)計。

圖 1.CCM 所需的最大電感出現(xiàn)在 VIN/VOUT = 2/3 時
升壓轉(zhuǎn)換器的形狀和尺寸多種多樣,所支持的電源等級和升壓比率非常廣泛。這些要求決定了升壓轉(zhuǎn)換器最適合在CCM下工作,還是在DCM下工作。在DCM下,電感器電流在 FET 導通時開始從零升高,并在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前完全放電歸零。但在非同步 CCM 升壓情況下,無論電流是在升高、在下降,還是在將電感器儲存的能量釋放到輸出電容器和負載中,電感器電流始終大于零。
在CCM下,占空比對負載而言是恒定的,但會隨輸入電壓變化而變化。在大多數(shù)CCM設(shè)計中,當?shù)陀谀骋蛔畹拓撦d時,工作模式會轉(zhuǎn)換為DCM,因為電感器電流在下一個轉(zhuǎn)換周期到來之前最終會降低至零。
在大多數(shù)情況下,高功率升壓轉(zhuǎn)換器工作在CCM下,而低功率升壓則在DCM下完成。這是因為CCM允許較低峰值電流流過整個電路,通常會帶來較低電路損耗。但可能在高電壓升壓轉(zhuǎn)換的輸出整流器中也有例外,例如在PFC中,反向恢復(fù)電流會導致更多損耗。這種損耗通??刹捎酶哔|(zhì)量(快速)整流器進行處理。
如果在DCM下工作,會出現(xiàn)在CCM模式下兩倍的峰值電感器電流,但如果故意減小電感值,則該電流可能還會高很多。這些更高電流不僅可增大輸入輸出電容器中的均方根電流,而且還可增加 FET 中的開關(guān)損耗,因此需要更大(或更多)的組件來應(yīng)對附加應(yīng)力。單這一項不足通常就能掩蓋 DCM 在高功率下提供的其它優(yōu)勢。
盡管電感器均方根電流在 DCM 下更高,但其線阻通常會低很多,因此銅損耗往往與 CCM 相同或更低。不過,DCM 下的核心損耗在高功率等級下更大。有時候可能需要更大的核心來處理這些增加的損耗,這會使經(jīng)常讓人振奮的“更小電感器尺寸”優(yōu)勢黯然失色。DCM 能真正發(fā)揮優(yōu)勢的地方是較低功率等級,這里電容器和 FET 中增加的應(yīng)力不一定需要較大組件,采用較小電感器即可。
DCM的一個額外優(yōu)勢是在以高升壓比率工作時(此時CCM工作需要大量的導通時間),可通過減小電感值來縮短導通時間(伴有更高峰值電流)。這非常好,因為控制器經(jīng)常會達到最大可控制導通時間(或最小關(guān)斷時間)限值,跳過脈沖。這樣,設(shè)計人員可根據(jù)控制器的可工作范圍對導通和關(guān)斷時間進行微調(diào)。此外,DCM 的控制環(huán)路表現(xiàn)要優(yōu)于CCM,因為沒有右半平面零點,其可轉(zhuǎn)換為優(yōu)異的瞬態(tài)性能。
有時候可通過減小電感值將RHPZ的影響降到最低,我們可將RHPZ推到影響較小的更高頻率位置。無論在輕負載、啟動還是在瞬態(tài)條件下,所有CCM升壓都可在一定條件下以 DCM 模式工作。這完全可以接受,但應(yīng)該搞清楚出現(xiàn)這種情況時的條件。
圖 1 是電感方程式(方程 1)中反向升壓比率 (VIN/VOUT) 與占空比 (D×(1-D)2) 的比較圖。該項目與 CCM 升壓轉(zhuǎn)換器中所需的電感成正比。本圖中的峰值出現(xiàn)在 VIN/VOUT 比值為 2/3 時或升壓比率 (VOUT/VIN) 為 1.5 時。這可能是有些不太直觀的結(jié)果。它的意思是,在采用變化輸入電壓的設(shè)計中,電路必須在 VIN/VOUT 比率的一個區(qū)段間工作。如果該范圍非常廣泛而且該區(qū)段包含圖 1 中的峰值,那就應(yīng)該在 2/3 的 VIN/VOUT 比率位置計算電感。如果該區(qū)段不包含 2/3 點,那它就應(yīng)該在其相對峰值比率處進行設(shè)計。

圖 1.CCM 所需的最大電感出現(xiàn)在 VIN/VOUT = 2/3 時
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