【開關(guān)電源】buck電路的電感電流波形-KIA MOS管

1.沒有電容，a點的波形圖

上圖中，把所有器件都想象為理想狀態(tài)下，開關(guān)S1閉合和斷開的過程，流過L1的電流的波形是怎樣的？

（1）開關(guān)閉合時，電流開始升高：根據(jù)電感公式，得：電流變化率 = Vin / L = 15 / L。

（2）電路穩(wěn)定時，也就是電流變化率為0，L1兩端的電壓為0.

（3）開關(guān)斷開時，D1把電感兩端的電壓鉗位在0.7V，因為b點為地，是0V，所以a點就是-0.7V；根據(jù)電感公式，得：電流變化率 = -0.7 / L。

從這里可以看出，上升的斜率比下降的斜率大，所以波形如下圖所示：

可以看出電流是失控的，會一直增大。只有當(dāng)電流的上升頻率和下降頻率相同時，開關(guān)電源才能維持穩(wěn)定的電壓。

2.有電容，a點的波形圖

（1）導(dǎo)通瞬間，電流直接流過C1，負(fù)載被短路，相當(dāng)于15V直接接在L1中，此時電流上升斜率 = 15 / L。如果此時斷開開關(guān)，因為是突然斷開，是高頻信號，會直接將電容C1短路，所以電感兩端的電壓和D1兩端的電壓相等（二極管將電壓鉗位在0.7V）。電流下降斜率 = 0.7 / L。

（2）隨著導(dǎo)通的進(jìn)行，開始對C1充電，假設(shè)充電到2V。Vc為2V，那么電感兩端電壓為15 - 2 = 13V，此時電流上升斜率 = 13 / L。如果此時斷開開關(guān)，C1兩端電壓為2V，二極管兩端的電壓為-0.7V，所以電感兩端必須為2.7V，此時電流下降斜率 = 2.7 / L。

從這里可以看出，電感電流上升過程中，斜率逐漸變小，由最開始的15 / L，到后來的13 / L；電感電流下降過程中，斜率逐漸變大，由最開始的0.7V / L，到后來的2,7 / L。

通過上述分析（這里不好理解）：加了一個電容后，電感電流的上升斜率和下降斜率達(dá)到一個平衡（最終相等）。總之，上圖所示的電路圖，只要開關(guān)S1開和關(guān)的頻率固定，a點電壓幾乎非常穩(wěn)定。

3.穩(wěn)定a點電壓的方法

只要起點和終點一樣，a點電壓就非常穩(wěn)定。

4.電感工作模式

因為電感是和負(fù)載串聯(lián)的，所以電感上的電流大小就是負(fù)載中的電流大小。

（1）連續(xù)模式

中間藍(lán)色的線對應(yīng)的電流值，就是電感輸出的平均電流。電感電流的峰峰值都不為0，稱為連續(xù)模式，也簡稱CCM。這種模式最常用。

（2）臨界模式

電流的下峰值為0，稱為臨界模式，因為是連續(xù)的，也可以稱為臨界連續(xù)模式，簡稱BCM。

（3）斷續(xù)模式

電流下降到0后，過一段時間電流才開始上升。也就是一個周期中，有一段時間電流為0，這種模式稱為斷續(xù)模式，簡稱DCM。

一般是讓電感工作在連續(xù)模式，系統(tǒng)比較穩(wěn)定。

5.伏秒法

要怎樣才能讓系統(tǒng)輸出穩(wěn)定電壓呢？也就是電感不會失控？只要保證以下公式成立即可：

上升的△V * △t = 下降的△V * △t

電流上升時電壓的變化量 * 時間 = 電流下降時電壓的變化量 * 時間，開通時電壓和時間的積分要和關(guān)斷時候的積分相等。因為是電壓乘以時間，所以被稱為伏秒法。

只要紅色的面積和綠色的面積相等，就能保證電感輸出穩(wěn)定的電流。

當(dāng)時大多數(shù)情況下，上升的△V和下降的△V不相等，所以需要調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷時間，讓兩者和時間相乘后相等，乘積相等即可，滿足伏秒法則，電感工作就比較穩(wěn)定。

6.總結(jié)

（1）感應(yīng)電壓的大小與電流的大小無關(guān)，只和電流的變化率有關(guān)。

（2）對于buck電路而言，因為電感和負(fù)載串聯(lián)，所以電感的電流和負(fù)載電流相同，并且因為流過電感的電流是有紋波的，所以這里說的是電感的平均電流。

（3）對于連續(xù)工作模式下的電感，電感的平均電流位于電流波形圖的幾何中心，也就是下圖的藍(lán)色部分。

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