1.5 开关电源的CCM、DCM、BCM模式

从事过电源开发的工程师都接触过CCM、DCM、BCM这几个词，也能大致了解其含义，但是对于这几个概念的由来和为什么要搞清楚这几个概念，往往不是很清楚。

以图1.13所示的Buck电路图为例，说明电源的工作模式。为了简单地说明电源的工作模式，用仿真软件模拟一个Buck电路来展示几种工作模式的情况。

图1.13中，输入电压是12V，输入电容是33µF。控制脉冲的电压是12V，上升时间是500ns，下降时间是500ns，脉宽是4µs，周期是10µs。输出电感是10µH，输出电容是100µF。

1. CCM、DCM、BCM的定义

CCM（Continuous Conduction Mode，连续导通模式）：在一个开关周期内，电感电流从不会达到0或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通量从不会达到0，功率管开关闭合时，线圈中还有电流流过。CCM模式电感电流波形图如图1.14所示。

DCM（Discontinuous Conduction Mode，非连续导通模式）：在开关周期内，电感电流总会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率管开关闭合时，电感电流为0。DCM模式电感电流波形图如图1.15所示。

BCM（Boundary Conduction Mode，边界或边界线导通模式）：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率管开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感电流高，而截止斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM变换器是可变频率系统。BCM变换器可以称为临界导通模式（Critical Conduction Mode）。BCM模式电感电流波形图如图1.16所示。

2．三种工作模式的特点

下面以图1.17所示的非同步Buck电路图为例来说明三种工作模式的特点。非同步Buck电路仿真图如图1.18所示。

为了说明问题，我们只在仿真电路上修改了负载为2Ω，增加电流I，使其更大，这样电感电流是基于I进行变化的，纹波电流与0距离更远。

根据欧姆定律，图1.18中的输出电流为

输出电流和输出电压与负载有关，但是输出的纹波电流与负载的大小无关，与电感值、输入电压、输出电压、占空比相关，详细的计算公式为

开关点（SW）电感电流和电压仿真波形图如图1.19所示。图中，上方图为电感电流（IL），下方图为开关点电压。

非同步控制器的降压变换器Buck工作于CCM，会带来附加损耗。因为续流二极管反向恢复，需要电荷流入二极管，这个过程需要时间。同时，在二极管反向恢复的过程中，会产生损耗，这对于功率开关管而言是附加的损耗负担。

BCM是一种特殊的CCM，它的电感电流最小值为0。此时我们把负载调为3.6Ω，这样让纹波电流压着0，形成一个临界的状态。BCM模式仿真电路图如图1.20所示。

输出电流为

输出电流由负载决定，电感纹波电流与负载无关，电感纹波电流为

BCM模式开关点电压和电感电流仿真波形如图1.21所示，上方图表示开关点电压，下方图表示电感电流。

以非同步Buck的DCM模式为例。如果把负载调小，也就是IL电源的输出电流变小了。相当于上面的纹波电流波形继续往下移动，波形会与横坐标相交。由于二极管的正向导通性，上管关闭，所以电感上的电流不会出现负数（我们设定输出方向为正方向）。此时就会出现电感上电流为0。DCM模式仿真电路图如图1.22所示。

图1.22中，输出电流为

式中R继续增大，直到

电感纹波电流为

其中

DCM模式开关点电压和电感电流仿真波形图如图1.23所示，上方图为电感电流，下方图为开关点电压。

3. CCM与DCM的比较

（1）工作于DCM模式，能降低功耗，转换效率更高些。但工作于DCM模式，会产生振荡现象，其频谱更复杂。

（2）工作于CCM模式，输出电压与负载电流无关。工作于DCM模式，输出电压受负载影响，为了控制电压恒定，占空比必须随着负载电流的变化而变化。

对于上述电源，由于二极管不可能产生反向电流，所以当电流等于0之后，二极管不再进行续流。但是对于有的电源用MOSFET替代二极管，可能会继续保持CCM状态，有可能产生负电流，也可能这里增加电流检测，让电源进入DCM状态。

工作于DCM模式的时候，由于频谱更丰富，会导致难以掌控的EMI问题，并且可能由于音频信号的产生而导致电感的啸叫。