DC/DC电源非连续模式下的振荡原因解析

我们以BUCK电路为例，如图1是一个典型的BUCK电路，当电路工作在电感电流不连续（DCM）状态时，假设电路中的元件都是理想的：忽略电感和电容的寄生参数，忽略MOS管和肖特基二极管的管压降，负载电容足够大使输出电压保持稳定不变。

图1 典型BUCK电路

当MOS管导通时（ta~tb），电流回路从VIN-Q1-L1-C1-GND，电感电流逐渐上升，此时UD电压约等于VIN；当MOS管关闭时（tb~tc），电流回路从L0001-C1-D1-L1，电感电流逐渐下降，此时UD电压约等于GND；当电感电流下降到0（tc~td，MOS管仍处于关闭状态），此时UD电压约等于VOUT。按照上述分析，周而复始，我们得到的UD的理想电压波形应该如图2所示。

图2 UD电压与电感电流理想波形

然而示波器测出来的UD点的实际电压波形如图3所示，在电感电流不连续的这段时间里，UD点电压出现了衰减振荡波形，其实这是电流不连续工作状态下完全正常的现象。

图3 UD电压与电感电流实测波形

图2所示波形是我们将电路元件参数完全理想化得出来的，当我们考虑到MOS管DS间的分布电容C_DS以及电感的寄生电容CL后，我们再来分析tc~td这段电感电流不连续的过程。

前面我们分析到，当电感电流降到0时，UD点电压等于VOUT，我们作出此时的交流的等效电路，如图4所示。

图4 电流为0时，BUCK电路交流等效模型

可以看出，电感L1和分布电容CL、C_DS构成了二阶电路，初始条件为电容两端电压等于VOUT，电感中的电流为0，因为电感的绕线电阻等损耗阻抗存在，将使二阶电路处于欠阻尼状态（因为开关电源讲求高效率，电路中的损耗电阻一般都设计的很小，很少处于过阻尼状态），进而导致衰减振荡。对于其他开关电源在电流不连续状态产生的振荡，分析过程也同上。

因为阻尼振荡的存在，必然会存在损耗，降低开关电源效率，但是因为CL与C_DS比较小，存贮的能量也很小，因此此处造成的损耗相对来说是比较小的。

END

本期知识分享就讲解到这，欢迎评论区留言。