【開關電源】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下，開關S1閉合和斷開的過程，流過L1的電流的波形是怎樣的？

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

（2）電路穩定時，也就是電流變化率為0，L1兩端的電壓為0.

（3）開關斷開時，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。只有當電流的上升頻率和下降頻率相同時，開關電源才能維持穩定的電壓。

2.有電容，a點的波形圖

（1）導通瞬間，電流直接流過C1，負載被短路，相當于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，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）隨著導通的進行，開始對C1充電，假設充電到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，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到一個平衡（最終相等）。總之，上圖所示的電路圖，只要開關S1開和關的頻率固定，a點電壓幾乎非常穩定。

3.穩定a點電壓的方法

只要起點和終點一樣，a點電壓就非常穩定。

4.電感工作模式

因為電感是和負載串聯的，所以電感上的電流大小就是負載中的電流大小。

（1）連續模式

中間藍色的線對應的電流值，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，因為是連續的，也可以稱為臨界連續模式，簡稱BCM。

（3）斷續模式

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，這種模式稱為斷續模式，簡稱DCM。

一般是讓電感工作在連續模式，系統比較穩定。

5.伏秒法

要怎樣才能讓系統輸出穩定電壓呢？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定的電流。

當時大多數情況下，上升的△V和下降的△V不相等，所以需要調節開關的導通和關斷時間，讓兩者和時間相乘后相等，乘積相等即可，滿足伏秒法則，電感工作就比較穩定。

6.總結

（1）感應電壓的大小與電流的大小無關，只和電流的變化率有關。

（2）對于buck電路而言，因為電感和負載串聯，所以電感的電流和負載電流相同，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，也就是下圖的藍色部分。

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