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1、Buck 电路中的 CCM 和 DCM 降压电路是一种基本的DC/DC变换器。随着IPM驱动和MCU供电、LED照明驱动、 继电器和交流开关供电等小功率、直接从母线电压供电的应用场合越来越多，而 目前的大部分DC/DC变换器输入电压一般在50V以内，一种高压的降压型斩波变 换器被研究和使用得越来越广泛。考虑到降压电路构成简单、成本较低，因此这 种变换器具有良好的市场前景。本文对其原理和高压降压电路应用设计进行了详 细地阐述。降压电路拓扑分析 图1是降压拓扑的电路图。当t=0时驱动S导通，电源Uin向负载供电，电感电 流iL线性上升。当t二ton时控制S关断，二极管VD续流，电感电流呈线性下降。
2、图 1：降压拓扑电路图。根据电感电流是否连续，可分为连续电流模式(CCM)、不连续电流模式(DCM)和临 界电流模式(BCM或CRM或TM)。通常串接较大电感L使负载电流连续且纹波小。 但是小功率SMPS中为了减小噪声以及损耗，通常选定电感电流不连续模式 (DCM)。 CCM 和 DCM 下的各参数波形如图 2 所示。图 2 ： CCM 和 DCM 下主要参数波形。1. BCM 和 CCM 设IL为iL的平均值，AiL是iL的纹波值。则在BCM和CCM模式下:IoIL稳态时:Io=Uo/RxTs/T尸九/2VUo/UiniX AiL=lL = AiI72=(1-D)x从和得：-：-：-从、(2
3、 )和(5)得：在CCM下，(5)取号*八在 BCM 下，(5)取等号，= L=R*Ts*(l-D)/22. DCM设图2中t1处让=0，且a=(tl-ton)/Ts二11/Ts-D。则稳态时L上电压开关周期 平均值为 0:ilifi-LojxTs XD=1 oXfrsXa)C 在开关周期内电流平均值为 0:iL 的平均值：IL二AiL*(D+a)/2 UQ/Uin =sqrt(l+4xK)4 /(2 X K)L=1q =AiLxiD+ai/2=Uo/R根据(7)、 (8)和(4)得: 0.5*(Uin-Uo)/L*D*Ts*Uin*D/Uo=Uo/R= Uo/Uin =rsqrt.：l+4x
4、K；-i | /(2 X K)且: K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x), x=Ts*R/L, y=Uo/Uin。- - D=0.3D=0.9TsR/L田勺电Ixxl wviVriiaa门厂ru图 3 ：各模式下 Uo/Uin 的比值变化图。降压仿真使用SACT软件对降压电路进行仿真。若输出电压Uo=15V、输入电压Uin=220V, 则选取驱动脉冲P1占空比D=Uo/Uin=15/310=0.04839。选取R=75Q，则输出电 流Iout=15/75=0.2A。取频率为f=100kHz,按照临界电感电流模式(CRM)来设计, L=R*T*(1-D)/2=75Q*(1-0.048
5、39)/(2*100kHz)=0.71mH。相应的电路和波形如图4所示。波形从上而下分为：Vdcl, Vds(SW)，VR1、IL1 和 ID1 。Sywboi Tiimiioni假定 CRM.则 D=U9/Uin=15/310=0.0483弘_* *SW1 P17lDuH JW_输出：15 V/0.2 AVdc1 310V 1 IDuF匸士工C2 33uFT75ohmModeG ON洛 Rlr OFFr TineCaned jCONTROL P.OutputsDC严:12: Vdcl.V MAWdn3 D1.RJ.MW14: L1：1 MW M躺 37V-Min- 3VRms： IfldlV
6、-*曲養Maw 50usMin: 0$Div: BusAddNrwMuiE口L1* 亠亠亠十1rp1图 4 ：降压拓扑电路仿真图。实现降压电路的控制器 A635x1. A635x 方框图STR-A635x系列是内置功率MOSFET和控制器的Flyback型开关电源用厚膜集成 电路。A635x为PRC工作方式，采用DIP-8封装，最适于小功率电源。由于所需 外接器件很少，电路设计简?g，因此容易实现电源的小型化和标准化。注：PRC 为Pulse Ratio Control（关断时间一定的导通脉冲宽度控制）的缩写。图5： A635x的方框图。A635x特点：小型DIP-8绝缘封装，适合于低背、小容
7、量开关电源。使用On Chip Trimming技术，振荡器内置于控制器MIC中。 控制器内部的比较器使用了温度补偿，温度漂移小。电源启动前控制器的工作电流小(50 ix Amax) o 内置有源低通滤波器，使电源在轻负载时能稳定工作。使用高耐?RMOSFET,保证MOSFET的雪崩能量：由于保证MOSFET的雪崩能量，因此可以简化浪涌吸收电路的设计可免除Vdss的余量设计内置MOSFET的定电压驱动电路 丰富的保护功能过电流保护(OCP):逐个脉冲方式 过电压保护(OVP):锁定方式过热保护（TSD）：锁定方式A635x 的方框图如图 5 所示。2. PRC 控制定电压控制是以固定MOSFE
8、T的OFF时间（?P15仇sec）、调节ON时间的PRC工作 方式进行。该工作方式为 PRC 方式。图 6:PRC 定电压控制动作电路图。输出电压的定电压控制是由光耦的反馈电流实现的。当VR5电压（ID的峰值）+VR4 电压（FB电流）之和达到Comp.l反转阈值时MOSFET关断。故A63系列为电流控 制方式。一般的，在电流控制方式下轻载时VR4的电压较大（由于光耦的反馈量较大）， MOSFET导通时的浪涌电流产生的噪声易使Comp.l误动作。A63系列为了防止这 种现象，在MOSFET关断期间使用一个A-LPF降低OCP/FB端子与GND间的阻抗。 这是一个0.8mA的定电流电路，在MOS
9、FET导通前，流入OCP/FB的定电流降低 反馈电流产生的偏置电压，使电源能在轻载时稳定工作。与 ST 的 Viperl2 相比，两者的反馈方式和开关电流设置等特点如表 l 所示。产品名.比较项J、Viperl2AA635 加动作摸式Pf=60kHz.-PRC, Joff=15usVcc. 0N(V)14. 5 1.17. 6 1. &Id=-GId+Ifb+GId+Vref/Rso -Vth (1)=V fb+Vocp=Vfb+Idp*Rs. +内部控制模式CCM，其中:GId=320, Vref=0.23V, ”VTh(l)-0.760.06 V,Rs=230 Q ,Id. max=Vth
10、(l) Rs=0. 76 2. 7=0. 28 AIfb. sd=0. 9mA, Rfb=l. 2k Q 車Id. max=0- 4 0. 08Av/ww_cl 1a nvi i a n ro r表1： ST与Viper12对比表。应用实例1.参数选择电感Lp:在PWM动作模式下，电感选择可依据：;其中： Po 为输出功率， Idp 为开关电流峰值， fsw 为开关频率。在PRC动作模式下，并且处于电感电流临界模式时，式中：R是负载电阻，T是开关周期。计算例Uin.ac=90V 时，Idp=0.236A, Po=1.5W, fsw=59.2kHz(根据 5.3 节动 作波形)。于是，Lp(2P
11、o)/(Idp2*fsw)=2*1.5W/(0.236) 2*59.2kHz=0.8?mH。若要计算临界电感电流模式(BCM)下的电感值，可根据(2)式：Lb=0.5*(Uo/Io)*Toff=0.5 *(15V/0.1A)*15s=1.125mH。由于现在采用的电感Lp=0.77mH输入电容Cin:小、最大值。上式中：I是放电电流，n是效率，AU为输入电压的纹波值，t是电容向负载 释放电流的期间，T是整流周期，t由下式计算：，其中Uinmin与Upeak分别为输入交流Uin的最计算实例Uin.ac=90V是条件最苛刻的状态，按此电压计算，Upeak=90*1.414=127.3V，Uinmi
12、n=90*1.414*0.9=114.6V，全波整流下 T=10ms。 所以，t=10ms*(0.75+arcsin(114.6/127.3)/2n )=10ms*(0.75+0.18)=9.3 ms。 取效率n =0.6,则：Cin=(1.5W*9.3ms)/(0.6*114.6*(127.3-114.6)=16.9 p F o本实验中，输入电容的值取为22p F/400V。输出电容Cout:3伫if式中：AUo是输出纹波电压，D是占空比，L是输出电感值，Ts为开关周期。 计算实例Ton=Lp*(Idp/Uin.min-Uo)=0.77mH*0.236A/(114.6-15)V=1.83p
13、s， T =Ton+Toff.max=1.83+18=19.83p s 。T =19.83p s，D二Ton/T=9.23%,AUo=15V*1%=0.15V,则:Cout=(19.83p s)2*15V/(8*0.75V*0.77mH)*(1-9.83%)=5.76p F。本实验中，输出电容的值取为10p F/35V取即可满足要求。2.应用电路图基于上述计算，主要参数选取为：电感为0.77mH，续流二极管为RL3A，输出电 容 400V/22p F,输出电容 35V/10p F，OCP 电阻 Rocp=2.7Q，启动电阻 1MQ。反馈电路的参数为14A的稳压二极管和1kQ的电阻。A635x构
14、成降压应用电路, 详细请参考图7。Rcjcp=2.7fl-C6B0 470p3.3uF.35VT(害1kSTR-A6359 Schematic127-3 75 VdcoRL2r、luF50V J35WWuF古18BEGD I AEGDIA15V.UJ-0.2A0.77mHSTR-A6359H ； 47pF：lkVp-nri “n 川 fv r llCND图 7 ： A635x 构成降压应用电路。3. 实验结果与讨论 1.效率：见表 2。Vin.ac(V).Vout (V) /lout (mA) - - - - - - - -Pin(W)Eff-换人90-14. 6/100-1. 7S85. 9p160-14. 9/1061. 9678.4220-15. 2/1002. 19“69.吳265-16. 5 1002. 47www-cfiizu a mJ表 2 ：典型输入电压下电源效率。2.输出静态性能：见表 3。lout(mA)Vo
