Перейти к содержанию

Режим непрерывного тока (CCM)

Ток дросселя понижающего преобразователя пилообразный. Пока нагрузка велика, пила не опускается до нуля — это режим непрерывного тока. При малой нагрузке ток в каждом периоде падает до нуля — режим прерывистого тока. От режима зависят выбор дросселя, пульсации и устойчивость.

Обновлено Редакция GAW

Режим непрерывного тока (continuous conduction mode, CCM) — режим импульсного преобразователя, в котором ток дросселя не падает до нуля в течение периода. В режиме прерывистого тока (discontinuous conduction mode, DCM) ток в каждом периоде опускается до нуля и некоторое время равен ему. TI в даташите LM2576 называет эти два режима основными для любого импульсного стабилизатора.

В понижающем преобразователе (buck) ток дросселя — пила: растёт, пока ключ открыт, и спадает через диод, пока закрыт. По TI в непрерывном режиме размах этой пилы при заданных входном и выходном напряжениях постоянен, а среднее значение равно току нагрузки. При уменьшении нагрузки вся пила опускается, и когда её низ доходит до нуля, преобразователь переходит в прерывистый режим.

Отсюда граница режимов:

Iнагр=ΔIL2,I_\text{нагр} = \frac{\Delta I_L}{2},

где ΔIL — размах пульсаций тока дросселя. При токе нагрузки больше половины размаха режим непрерывный, меньше — прерывистый.

Непрерывный (CCM)Прерывистый (DCM)
Ток дросселяне падает до нуляпадает до нуля в каждом периоде
Индуктивностьбольшеменьше
Пульсации на выходеменьшебольше
Когдасредние и большие нагрузкималые нагрузки

Что пишут производители:

  • Оба режима допустимы. TI и onsemi прямо называют прерывистый режим нормальным, а при нагрузке меньше примерно 300 мА — даже предпочтительным: можно обойтись дросселем меньшей индуктивности и размера.
  • Любой понижающий преобразователь при достаточно малой нагрузке перейдёт в прерывистый режим, как бы ни была велика индуктивность, — это onsemi подчёркивает в даташите LM2596.
  • Графики выбора дросселя в даташитах LM2576 и LM2596 рассчитаны на непрерывный режим: onsemi отмечает, что он даёт меньшие пульсации, но требует большей индуктивности, особенно при малых токах и высоком входном напряжении.
  • Устойчивость. В непрерывном режиме слишком малое ESR выходного конденсатора — по TI ниже 0,03 Ом для LM2576 — может вызвать неустойчивость.

Расчёт дросселя и конденсаторов по примеру производителя — в карточках LM2576 и LM2596, общий расчёт — в калькуляторе DC-DC.

Частые вопросы

Когда понижающий преобразователь переходит в режим прерывистого тока?

Когда ток нагрузки падает ниже половины размаха пульсаций тока дросселя. В непрерывном режиме среднее значение пилы равно току нагрузки, и её низ равен току нагрузки минус половина размаха. TI в даташите LM2576 описывает: когда низ пилы доходит до нуля, преобразователь переходит в прерывистый режим. onsemi добавляет, что при достаточно малой нагрузке это происходит с любым понижающим преобразователем.

Плохо ли работать в режиме прерывистого тока?

Нет. И TI, и onsemi называют прерывистый режим вполне допустимым, а при нагрузке меньше примерно 300 мА — даже выгодным: нужен дроссель меньшей индуктивности и размера. Платят за это большими пульсациями: по onsemi меньшие пульсации даёт именно непрерывный режим.

Почему графики выбора дросселя рассчитаны на непрерывный режим?

Потому что в нём пульсации меньше, а поведение преобразователя предсказуемее. onsemi отмечает, что непрерывный режим даёт меньшие пульсации выходного напряжения, но требует большей индуктивности, особенно при малых токах и высоком входном напряжении. График выбора дросселя LM2596 задаёт размах пульсаций в процентах от тока нагрузки.

Источники

  1. Texas Instruments. LM2576xx Series SIMPLE SWITCHER Power Converter 3-A Step-Down Voltage Regulator (SNVS107G, revised March 2023) — разд. 8.1.2–8.1.3 — два режима: непрерывный и прерывистый, в зависимости от того, течёт ли ток дросселя всё время или падает до нуля; в непрерывном режиме ток треугольный или пилообразный, размах постоянен, среднее равно току нагрузки; при малой нагрузке низ пилы доходит до нуля, и преобразователь переходит в прерывистый режим — это допустимо; при нагрузке меньше примерно 300 мА прерывистый режим может быть выгоден из-за меньшей индуктивности; графики выбора дросселя — для непрерывного режима; разд. 8.1.4 — ESR выходного конденсатора ниже 0,03 Ом в непрерывном режиме может вызвать неустойчивость
  2. onsemi. LM2596: 3.0 A, Step-Down Switching Regulator (LM2596/D, Rev. 1, December 2022) — непрерывный режим даёт меньшие пульсации, но требует большей индуктивности, особенно при малом токе и высоком входном напряжении; график выбора дросселя рассчитан на непрерывный режим и задаёт размах пульсаций в процентах от тока нагрузки; при нагрузке меньше примерно 300 мА прерывистый режим допустим; любой понижающий преобразователь при достаточно малой нагрузке переходит в прерывистый режим

Нашли ошибку?

Смотрите также