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1. 非同步DCDC的三種工作模式

非同步DCDC工作在哪種模式，取決於拓撲和輸出功率，輸入電壓和輸出電壓的大小。

CCM，連續導通模式，一個開關週期內電感電流＞0。

DCM，斷續導通模式，一個開關週期內電感電流 ≥ 0。

BCM，臨界導通模式，CCM切換到DCM經歷的模式。

圖1 連續導通模式（CCM）

圖2 臨界導通模式（BCM）

圖3 斷續導通模式（DCM）

可以看出，CCM的特點是負載電流一直大於0，BCM的特點是負載電流可等於0，DCM的特點是負載電流可等於0且保持為0，負載電流之所以不能小於0是因為有二極體存在。

非同步DCDC的一個特點是使用二極體實現續流，非同步DCDC相對於同步DCDC來說，前者是比較老的設計，並且因為使用了二極體，導致功耗較大，目前使用的大部分DCDC都是同步的，此文僅介紹非同步DCDC。

下面以TPS40200（非同步降壓DCDC）為例說明相關概念。

圖4 TPS40200模擬電路

從上圖可以看出：

1）D3就是非同步轉換器中特有的肖特基二極體。

2）該電路具有緩啟動功能。

3）VIN = 8V，VOUT = 3.3V，負載電阻R_L = 3.3Ω。

模擬結果如下圖所示。

圖5 TPS40200輸出電壓V(VO)和負載電流I(RL2)

從上面的模擬結果可以看出，負載電流I(RL2)總是＞0，因此工作在CCM模式。

圖6 TPS40200電感電壓V(OUT)和負載電流I(RL2)

從上面的模擬結果可以看出，電感電壓V(OUT)波形為斬波，電感電流I(RL2)波形為斜波，在電感電壓V(OUT)從低值-0.34V突變到高值7.94V，因為電感電流不會突變，所以電流會逐漸上升；在電感電壓V(OUT)從高值7.94V突變到低值-0.34V，因為電感電流不會突變，所以電流會逐漸下降。所以電感電流波形如下圖所示。

圖7 TPS40200負載電流I(RL2)波形

上圖還可以看出，電感電流最終會回到原來的值，這個現象可用於檢驗所有開關拓撲的有效性。

圖8 TPS40200電感電壓波形

上圖中，可以驗證，電流上升時的斜率 = 開關閉合時電感兩端電壓/電感 = VON/L = (7.93V - 3.3V)/33uH = 140 V/ms；電流下降時的斜率 = 開關關閉時電感兩端電壓/電感 =VOFF/L = (-0.343V - 3.3V)/L = -3.643V/33uH = -110 V/ms。

可以看出，電感兩端的電壓是不同的，靠近開關的電壓波形是斬波，此處即是交換節點，靠近負載的電壓為輸出電壓值。

交換節點處不要鋪設太多的銅，否則會形成有效的電場天線，向四周噴射放射狀的射頻干擾

經過測量可知開關頻率 = 300KHz。

2. 如何從CCM切換到DCM？

1）降低負載電流。

2）降低電感值L。

以下通過將負載電阻從3.3Ω改成50Ω，測到的電感電流波形如下圖所示。

圖9 負載電阻從3.3Ω改成50Ω測到的電感電流

對比圖7和圖9，可以看出當負載電阻增大時，電感電流波形下移了，選擇合適的負載電阻可使工作模式從CCM切換到DCM。

降低電感值，也可切換非同步DCDC的工作模式，將電感值設定為3.3uH，負載電阻設定為3.3Ω，模擬結果如下圖所示。

圖10 TPS40200負載電流I(RL2)波形（L = 3.3uH，R_L = 3.3Ω）

對比圖7和圖10可以看出，降低電感值，可以使非同步DCDC的工作模式由CCM切換到DCM，精心挑選電感值，可使工作模式切換為BCM。

3. 電感電流交流紋波與電感值的關係？

電感值越大，電感電流交流紋波△I越小。

圖11 電感電流波形（電感值L = 33uH）

圖12 電感電流波形（電感值L = 330uH）

可以看出電感值越大，交流紋波越小。但是電感值越大，尺寸也會越大，這是個問題。

4. 電感飽和意味著什麼？

電感飽和的原因是：電感電流的瞬時值與磁芯內部的磁場強度成正比，因此當電流達到某一值導致電感內部的磁場強度超過了某一安全值，電感就會飽和，當電感飽和後，如果電流繼續增大就會又不可控的浪湧電流流過開關管。

電感飽和意味著L趨於0，根據V=Ldi/dt可知，△I=V/L，當L=0，△I趨於無窮大，會危及開關管。

因此，將電感值設定為1pH，得到的模擬結果如下。

圖13 電感電流波形（電感值L = 1pH）

當將電感值設定為1pH時，可以看出，電感電流可超過20A，有可能損壞開關管，因此在電感選型時，感值寧可大一些也不可小。