电力电子技术 第五章——非连续导电模式

参考教程：https://www.bilibili.com/video/BV1pS4y1g7D9?spm_id_from=333.788.videopod.episodes&vd_source=8f8a7bd7765d52551c498d7eaed8acd5

一、断续模式简介

1、断续模式（DCM）的概念及发生原因

（1）在某些电路中，电感电流或电容电压的纹波分量可能会引起开关电流会电压的极性反转，从而违反了在实现开关时所做的单向电流或单向电压的假设，这时称之进入断续模式。

（2）断续模式通常发生在具有单象限开关的直流-直流转换器和整流器中，也可能发生在具有双象限开关的转换器中。

（3）进入断续模式时，转换器的特性会发生根本变化：

①转换器的增益依赖负载的阻值。

②转换器的输出阻抗增加。

③转换器的动态特性改变。

④移除负载时，输出电压可能会失控。

2、重载和轻载对输出功率的影响

（1）当转换器是一个恒压输出时，输出功率与负载有如下关系，其中负载电阻有一下限值，超过下限值转换器将无法承受输出功率。

（2）当转换器是一个恒流输出时，输出功率与负载有如下关系，其中负载电阻有一上限值，超过上限值转换器将无法承受输出功率。

3、断续模式的起源

（1）以下图所示的Buck电路为例，其中二极管是一个单象限开关。

（2）在纹波分量远比直流分量小的前提下，对其进行动态分析：

（3）在以上分析的基础上，降低负载电流（提高负载阻值），使二极管电流的最小值为零，电感电流的直流分量等于纹波分量幅值，对其进行动态分析：

（4）在以上分析的基础上，继续降低负载电流（提高负载阻值），使电感电流的直流分量小于纹波分量幅值，对其进行动态分析：

4、断续模式和连续模式的边界条件

（1）以上述的Buck电路为例继续介绍，从上面的分析可知断续模式和连续模式的边界。

（2）电感电流的直流分量和纹波分量都可使用控制参数和硬件参数进行展开，由此可得出Buck电路进入断续模式的条件。

（3）Boost电路、Buck-Boost转换器的边界条件可用同样的方法推导，结果如下表所示。

二、断续模式介入后的电压增益分析

1、Buck电路的电压增益分析

（1）当Buck电路存在断续模式时，有，因此在处理电感电流时不可以应用小波纹近似，但处理输出电压时依然可以应用小波纹近似。

（2）考虑断续模式，Buck电路将会有3种子状态，如下所示。

①状态1——MOSFET管导通、二极管截止：

②状态2——MOSFET管截止、二极管导通：

③状态3——MOSFET管截止、二极管截止：

（3）利用稳态下的原则分析Buck电路：

        根据上述的三种状态分析结果，可以得到电感电压的变化曲线，如下所示

2、Boost电路的电压增益分析

（1）当Boost电路存在断续模式时，同样有，因此在处理电感电流时不可以应用小波纹近似，但处理输出电压时依然可以应用小波纹近似。

（2）考虑断续模式，Boost电路将会有3种子状态，如下所示。

①状态1——MOSFET管导通、二极管截止：

②状态2——MOSFET管截止、二极管导通：

③状态3——MOSFET管截止、二极管截止：

（3）利用稳态下的原则分析Boost电路：

        根据上述的三种状态分析结果，可以得到电感电压的变化曲线，如下所示

3、三种电路的电压增益总结

        Buck-Boost转换器的电压增益可用同样的方法推导，结果如下表所示