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DCDC中文全稱為直流-直流電壓轉換器，它是一個將直流電壓轉換為另一個直流電壓的電源轉換裝置，在我們日常生活中有極其廣泛的應用，小到手機、平板、電腦，大到軌道交通、航空航天都有DCDC電源的身影。DCDC通常需要在一定的開關頻率下工作，并需要一個精心設計的控制電路配合來穩定DCDC的輸出電壓。因此，針對不同的控制方案，我們需要設計不同的DCDC工作模式和調制辦法來使其穩定工作。

01工作模式

在經典控制理論中，我們認為對于線性時不變系統，一個穩定系統的響應會趨于一個穩定不變的值，并一直保持下去。但是在DCDC開關電路中，由于系統工作在一定的時鐘頻率下，因此系統輸出將不再是一個穩定不變的值，而是一個隨時鐘頻率而周期變化的量。在現代控制理論中，我們將這種隨周期變化的穩態輸出，稱為李雅普諾夫穩定，也就是范圍穩定。通俗來講，假設在一個DCDC電路中，開關導通階段的電感電流增量恰好等于開關關斷階段的電感電流減量，也就是說達到了伏秒平衡條件，那么即使重復無數次相同的過程，每次都能得到相同的結果，就稱此電路達到了穩態。

實際上，如果借用李雅普諾夫第二法來看，開關電源系統的穩定性可以通過電感儲能或電容儲能在一周期內保持平衡來判斷其系統是否穩定。即電感的磁鏈平衡（伏秒平衡）和電容的電荷平衡（安秒平衡）。

因此，我們根據電感電流的運行情況將DCDC工作模式分為四種情況：

a. 在一個開關周期內電感電流始終大于零，稱為連續導通模式（CCM）。

b. 在一個開關周期內電感電流出現斷流情況，稱為斷續導通模式（DCM）。

c. 在一個開關周期內電感電流最小值剛好為零，介于DCM和CCM兩者之間的臨界導通模式（BCM）。

d. 在同步拓撲結構的DCDC中，由于低邊管的存在，使得電感電流能夠反向，因此還存在一種模式稱其為強迫連續導通模式，即FCCM模式。

CCM（連續導通模式）

CCM (Continuous Conduction Mode)，連續導通模式：在一個開關周期內，電感電流不出現斷流情況，即電感電流始終大于零。其示意圖如下圖1。

圖1 CCM模式

DCM（斷續導通模式）

DCM (Discontinuous Conduction Mode)斷續導通模式：在一個開關周期內電感電流出現斷流情況，即在一個開關周期內，有一段時間將出現電感電流為零的情況，如下圖2所示。

圖2 DCM模式

BCM（臨界導通模式）

BCM（Boundary Conduction Mode），臨界導通模式：在一個開關周期內電感電流最小值剛好為零，剛好介于DCM和CCM兩者之間的工作狀態。如下圖3所示。

圖3 BCM模式

FCCM（強制連續導通模式）

FCCM (Force Continuous Conduction Mode),強制連續導通模式：在異步拓撲結構的DCDC中，低邊管普遍使用二極管，可防止電感電流在輕載時出現反向。但在同步拓撲DCDC中，二極管被MOSFET替代，低邊管MOSFET導通時，電感電流將會出現反向的情況，反向電流由電容提供，負載可保持不變。即允許負電流存在，在輕載情況下，輸出電流減小時，變換器就不會切換到DCM模式，而是轉換到強迫連續導通模式（FCCM）。如下圖4所示。

圖4 FCCM模式

DCDC開關電源電路屬于斬波類型電路，即控制系統按照一定的調制方式，不斷地導通和關斷電路的控制開關，通過控制開關通斷的占空比，可以實現直流電源電平的轉換。調制模式也可以理解為控制輸出電壓的工作模式。

DCDC電源的調制方式主要有三種：PWM模式、PFM模式、PSM模式。

PWM模式(脈沖寬度調制)

PWM模式采用固定的開關頻率，通過調節脈沖寬度(占空比)的方法來穩定電源的輸出電壓。在PWM調制方式下，開關頻率恒定，占空比可調，不存在長時間被關斷的情況。優點:在重載情況下效率高，控制電路簡單，易于設計實現，輸出紋波小，有利于EMI的設計，噪聲低。

缺點:在輕載情況下效率低。

圖5  PWM調制方式示意圖

PFM模式(脈沖頻率調制)

PFM通過調節開關頻率來穩定電源的輸出電壓。PFM模式在正常工作時，驅動信號的脈沖寬度保持恒定(恒定導通時間)，但驅動信號的關斷時間隨負載的不同發生改變，于是改變了系統的開關頻率。由于這種調制方式改變了系統的開關頻率，因此我們把它稱為脈沖頻率調制方式，即PFM方式。

優點:在輕載時情況下效率高。

缺點:在重載時情況下效率低，，輸出電壓紋波相對較大，同時由于其頻率是變化的，會增加EMI設計的難度，輸出濾波電路的設計也會更復雜。

圖6  PFM調制方式示意圖

PWM和PFM兩者最主要的區別就在于輕負載時的效率和開關紋波。在輕負載時，輸出電流較小，固定開關頻率的PWM方式，使得系統在輕負載時效率不高。為了提高電源在輕載時的效率，所以提出了PFM的工作模式。但是PFM模式下開關電源的紋波比較大，在重載時效率較低，且明顯低于PWM工作模式。因此為了吸納兩者的優點而克服兩者的缺點，聰明的工程師們提出了PFM-PWM雙模式調制方式，即在輕負載情況下，電源采用PFM模式進行工作，以提高輕載時電源的效率，在負載增大以后，切換為PWM模式進行工作，以獲得較低的輸出紋波和更高的效率。

PSM模式(跳脈沖調制)

PSM調制是通過保持頻率和脈沖寬度固定(定頻定寬)，根據輸出負載的情況暫停個別周期，達到穩定輸出電壓的目的。PSM模式在正常工作情況下，當負載較重時，驅動信號滿頻工作，當負載較輕時，驅動信號將跳過若干開關周期，也就是說在跳過的開關周期內，功率管一直保持關斷狀態。

優點:在輕載時效率較高。

缺點:輸出電壓紋波較大。

PSM模式在輕載情況下效率高，本質上跟PFM模式是相同的道理，即通過減小開關頻率或開關次數，達到減小開關損耗的目的。

圖7  PSM調制方式示意圖

一般，在一定的工作模式下，配合選擇的調制方式，都可以達到一定的輸出效果。只是，對實際產品而言，通常會綜合功耗、效率、版圖面積、帶載能力等綜合考慮使用何種工作模式，配合哪種調制方式來達到低功耗、高效、高穩定性輸出的目的。