Boost电路的CCM模式与DCM模式

本文转载自： 硬件十万个为什么微信公众号

Boost升压电路，可以工作在电流断续工作模式(DCM)和电流连续工作模式(CCM)。CCM工作模式适合大功率输出电路，电感电流需保持连续状态，因此，按CCM工作模式来进行特性分析。不管哪种拓扑，其CCM和DCM的定义，是一样的。

根据变换器稳定状态下每个开关周期起始 (结束) 时电感电流的实际值判断变换器的工作模式：

▪ 稳定状态下若每个周期中电流都回到零，则为断续导电模式 (DCM)；

▪ 若电流回到大于0的值，则称为连续导电模式 (CCM)；

▪ 若恰好在周期结束时回到零，则称为临界连续模式 (BCM)，当变换器工作于 BCM 时，可自由选择 DCM 或CCM 方程。

我们根据前文分析，可以知道，电感上的平均电流其实是由负载决定的，因为输出电压一定，负载的等效电阻越小，则电感上流经的平均电流IL（avg）就越大；电感上的纹波电流在输入输出电压确定的情况下，跟电感的感值有关。当平均电流足够大的时候，电感的电流处于一个稳态，持续以纹波的形式围绕平均电流变化。当负载变化时，电流变化，这时体现到就是电感的平均电流变化，图6.16中，波形上下整体移动，电路纹波大小的幅度不会变化。

图6.15 电感感值变小导致纹波电流变大曲线

在电路正常工作过程中，如果电感电流的最小值大于0A，也就是电感处于一个持续输出电流的稳态，只不过有一个纹波的规律性波动，则此时就是一个CCM模式，如图6.15所示，为保证电流连续，电感电流应满足：

当时，Boost电路工作在连续导通模式（CCM）

当时，Boost电路工作在临界导通模式（BCM）

当时，Boost电路工作在非连续导通模式（DCM）

1. CCM模式

如图6.16所示，CCM我们分成两个阶段分析，开关导通和开关关闭。

图6.16 CCM模式下Boost电路的两个状态

当开关管S为导通状态，二极管D处于截止状态，流经电感L和开关管的电流逐渐增大，电感L两端的电压为Vin，考虑到MOSFET的S极对公共端的导通压降Vs，即为Vi-Vs。ton时，通过L的电流增加部分△ILon。升压变换器 CCM/DCM 边界条件 boost 在 CCM/DCM 的边界情况，是指开关截止期间电感电流从最大值正好减小到零，电流值一旦为零下一个开关周期便开始了。此时电感电流平均值可表示为：

开关管导通时的压降Rds（on）和线路上其他电阻或者走线的的压降，我们可以忽略不计。

当开关管截止，二极管D处于导通状态，储存在电感L中的能量提供给输出，流经电感L和二极管D的电流处于减少状态，设二极管D的正向电压为Vf，开关管截止时，电感L两端的电压为Vout+Vf-Vin，电流的减少部分△ILoff满足下式。

Vf为整流二极管正向压降，快恢复二极管约0.8V，肖特基二极管约0.5V。在电路稳定状态下，即从电流连续后到最大输出时。

2. BCM

跟Buck电路一样，BCM是一种临界态，相当于电感正好出现0A的情况。BCM就是CCM-DCM临界模式。本质BCM更像CCM的一种特殊情况，波形也是跟CCM一样是一个稳态，如图6.17。

3. DCM

在开关关闭之后，电感处于一个释放能量的装填。电感的电流在继续放电的过程中，一旦到达0A之后，没有能量继续释放，会保持0A，此时输出电流就依赖输出电容进行维持，此时电感的电流如图6.18所示。

实际测试到的波形如图6.18中绿色曲线所示。

审核编辑 黄宇