Buck⼯作原理分析，连续模式，断续模式
Part01：Buck电路⼯作原理：
图1-1 Buck电路拓扑结构
Buck电路的拓扑结构如图1-1所⽰：
（1） input接输⼊电源，既直流电动势；
（2） IGBT1为开关管，可以选择以全控型开关管为主，对于⾼频状态多使⽤MOSFET，对于⾼电压状态，多采⽤IGBT（MOSFET或者IGBT 由Buck电路具体⼯作情况决定）。Buck变换器⼜称降压变换器，通过控制input侧直流电动势的供电与断电实现输出测的降压。开关管的控制⽅式根据控制信号的不同主要⼜分为以下三种⽅式：
a) 脉冲调制型：保持开关周期T不变，调节开关导通时刻ton，（PWM: Pul Width Modulation）最常⽤，最容易实现
b) 频率调制（调频型）：保持开关导通时间ton不变，改变开关周期T.
c) 混合调制：同时改变ton和T，使得占空⽐ton/T发⽣改变。
（3）电感储能，Buck电路中电感起到储能的作⽤，当开关管导通后，电源向电感充电；当开关管关闭后，电感经过⼆极管续流。通常电感中电流是否连续取决于开关频率、滤波电感L和电容C的数值。
（4）⼆极管为续流⼆极管，当开关管关断以后，为电感的能量提供续流通道。
（5）输出负载侧接负载，⼀般先经过电容滤波然后再接负载。
Part02：⼯作⼯程分析
分析⽅法1：常规⾓度分析（时域分析）
本次设计中，以MOSFET为例分析Buck电路的⼯作⼯程。Buck电路根据电感电流IL的连续与断续存在连续导通⼯作状态和⾮连续导通⼯作状态。
（1） CCM模式下：（Continuous Conduction Mode）连续⼯作模式
当开关管导通时，等效电路如图2-2所⽰：
图2-1 开关管导通时，等效电路图
由图2-1所⽰，输⼊电源Vin向整个电路供电，电感电流增加，⼀开始，流过电感的电流⼩于负载电流I
L，此时负载电流由电感和电容共同提供。当电流逐渐增加到⼤于输出的平均电流的时候，电感电流为负载和电容提供能量。
当开关管关断后，等效电路如图2-2所⽰：
图2-2 开关管关断后，等效电路图
如图2-2所⽰，开关管关断时，电感电流下降，此时电流依然⼤于输出平均值，电容电压延续上述上升的趋势，直⾄电感电流⼩于输出平均电流，电容开始放电，完成⼀个开关周期的循环过程。
唐雎不辱使命翻译整个过程的波形图如图2-3所⽰：
图2-3 CCM下⼯作波形图
（2） DCM模式下：（Discontinuous Conduction Mode）⾮连续导通条件下：
在 DCM 模式下，电感的电流在开关管管断后的⼀段时间后逐渐减为零，此时的等效输⼊电压为输出电压值，具体的波形如图2-4 所⽰。
图2-4 DCM模式下⼯作波形图
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在CCM⼯作模式下，电路的电压输出值和输⼊值之间呈正⽐关系，⽐例系数为占空⽐D。在DCM⼯作模式下，输出电压会被抬升，具体的关系和电路的参数，开关频率以及占空⽐有关。推导公式如下：，其中。
根据上述公式可以看出，当输出端开路，及电阻⽆穷⼤的时候，输⼊等于输出。
分析⽅法2：从滤波器的⾓度分析
⼆阶滤波器：
图2-5 ⼆阶滤波器
⼆阶滤波器的传递函数：
⼆阶滤波电路的固有频率
通过对上述的传递函数的分析可以发现，⼆阶滤波器可以等效为⼀个⽐例环节和⼀个震荡环节构成。其中震荡环节的⾃然震荡频率为：，阻尼⽐为.，该⼆阶滤波器的谐振频率为。所以该⼆阶滤波器的谐振频率⼩于等于⾃然频率，在负载⼀定的情况下（既R为定值时），电容C的⼤⼩影响该⼆阶系统的阻尼系数，既影响系统的响应速度和超调量；在负载⼀定的情况下，增⼤系统的电感值，可以使得系统的阻抗增加，即在输⼊电压⼀定的情况下，得到的纹波电流就越⼩。
该电路的总体阻抗为:
典型⼆阶滤波器电路与Buck电路的后半部分结构相同，唯⼀不同的是在⼆阶滤波器中，电流可以双向流通，⽽Buck电路后半部分只允许电流单向流动。当⼆阶滤波器变为只能单向流动的⼆阶电路时，电路的⼯作过程会产⽣不同的结果。在该⼯作情况下该电路的不再是⼀个滤波电路，⽽变成⼀个整流电路。
图2-6 电流单向流动的⼆阶滤波器
Buck电路有以下三种⼯作模式：
（1） CCM (ContinuousConduction Mode)，连续导通模式：在⼀个开关周期内，电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。
（2）DCM，(Discontinuous Conduction Mode)⾮连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。
（3）BCM（Boundary Conduction Mode），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，⼀旦检测到电流等于0，功率开关⽴即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流⾼，
⽽截⾄斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变化器是可变频率系统。BCM变换器可以称为临界导通模式或CRM（Critical Conduction Mode）。
⼯作模式的判别条件为：
电流连续的条件为：
其中, ,
puppetsPart03：连续⼯作模式（CCM）
commander图3-1 连续⼯作模式（CCM）仿真主电路图
如图3-1所⽰，C1为滤波电容，滤除输⼊电源的⼲扰；C2为输出滤波电容，在开关管导通时，为负载提供能量，并且存储能量，可以起到对输出电压的滤波作⽤；电感L1为储能电感，开关管开通时，通过电感向负载供电，且电感存储能量，当开关管关断以后，电感上⾯的剩余能量通过⼆极管D1续流释放能量；⼆极管D1⼀⽅⾯具备释放电感能量的续流作⽤，此外利⽤⼆极管的单向导通性能，在开关管处于开通状态时，将电路输⼊电压钳位到电源电压。
图3-2 开关管驱动信号
如图3-2所⽰，开关管的驱动信号通过⼀个信号源产⽣，本次仿真中输⼊电源设置为400V，输出期望电压为300V，开关频率为30Khz。所以信号源参数设置如图3-3所⽰，对应的PWM驱动信号如图3-4。
图3-3 信号源参数设置
图3-4 PWM驱动信号
图3-5 稳态下电感电流波形图
由图3-5所⽰，在该Buck电路处于稳定状态下时，流过电感的电流在23-27之间呈三⾓波形式波动，其平均电流约为24.6A，流过电感的电流⼤于0，所以处于连续⼯作状态。该⼯作模式下，Buck电路的输⼊、输出电压波形如图3-6所⽰，由图可知，输出电压⼤约0.01s以后稳定在300V，且具有较好的响应速度，但是超调量较⼤。经过测量，输出电压可达到的最⼤值为458V。
图3-6 CCM下Buck电路输⼊输出电压
Part04：⾮连续⼯作模式（DCM）
图4-1 ⾮连续⼯作模式（DCM）仿真主电路图
today is the dayDCM下仿真电路如图4-1所⽰，通过与图3-1对⽐可见只需要修改电感参数即可使Buck电路⼯作在⾮连续状态，其余均相同。这⼀点通过Part02中的Buck电路判定条件可以得到验证。
图4-2 稳态下电感电流波形图
由图4-2所⽰，在该Buck电路处于稳定状态下时，流过电感的电流在0-70之间呈三⾓波形式波动，其平均电流约为30.9A，流过电感的电流⼤于0，但是在电流为0时，存在⼀段时间流过电感的电流⼀直为0，既电感电流处于⾮连续⼯作状态。该⼯作模式下，Buck电路的输⼊、输出电压波形如图4-3所⽰，由图可知，在DCM⼯作模式下，输出电压⼤于CCM⼯作模式下的输出电压，经过测量⼤约为370V。
图4-3 DCM下Buck电路输⼊输出电压
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Part05：连续⼯作模式（CCM）和⾮连续⼯作模式（DCM）的特点
图5-1 CCM和DCM两种模式下电感电流波形当幸福来敲门英文版
CCM模式下Buck电路特点：
（1）D 限定在⼩于 1，降压变换器的输出电压始终⼩于输⼊电压；
（2）如果忽略各种欧姆损耗，变换系数D与负载电流⽆关；
（3）通过变化占空⽐ D，可以控制输出电压；
（4）降压变换器⼯作于 CCM，会带来附加损耗。因为续流⼆极管反向恢复电荷需
要时间来消耗，这对于功率开关管⽽⾔，是附加的损耗负担；
（5）输出没有脉冲纹波，但是有脉冲输⼊电流。
DCM模式下Buck电路特点：
英语六级成绩查询 身份证（1）D 依赖于负载电流；
（2）对于相同的占空⽐，DCM⼯作模式下的传递系数⽐CCM⼯作模式下⼤。在负载电流低且⼯作于深度DCM⼯作模式下，传递系数容易达到1。
CCM与DCM⽐较：
（1）⼯作在DCM模式下，能够降低功耗，DCM模式下的转换效率更⾼，属于能量完全转换。
（2）⼯作于DCM模式，输出电流的纹波⽐CCM模式下⼤。
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（3）⼯作于DCM模式，当流过电感电流为0的时候，会产⽣振荡现象汽车熄火
（4）⼯作于CCM模式，输出电压与负载电流⽆关，当⼯作于DCM模式下，输出电压受负载影响，为了控制电压很顶，占空⽐必须随着负载电流的变化⽽变化，所以必须加⼊闭环控制。
