一、导通模式基础原理

1.1 CCM/DCM模式判据

特征维度	CCM模式	DCM模式
判断条件	电感电流连续不归零	电感电流间断有停滞阶段
电流波形特征	三角波连续无零区	三角波+零电流平台
数学模型复杂度	线性方程求解	分段函数分析
应用场景	大功率/低纹波要求	小功率/快速响应应用

1.2对比分析表

对比维度	非同步整流	同步整流
续流元件	快恢复二极管	MOSFET（体二极管备用）
导通损耗	正向压降×电流（0.3-0.7V）	I²×Rds(on)（毫欧级）
驱动复杂度	无需控制	需互补PWM+死区控制
反向恢复问题	存在反向恢复损耗	无反向恢复（MOS单向导通）

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二、自举电路

2.1 核心原因

V_S浮动引发的V_GS失控

理想驱动条件：

$$
V_{GS} = V_{DRV} – V_S
$$

在开关过程中V_S剧烈跳变（如BUCK模式下V_S在V_IN与GND间切换）

失效机理：

• 导通阶段：$$
  V_S \approx V_{IN} \Rightarrow V_{GS} = V_{DRV} – V_{IN}
  $$
  若V_DRV未抬升 $\Rightarrow$ V_GS < V_th $\Rightarrow$ MOSFET无法完全导通
• 关断阶段：$$
  \frac{dV_S}{dt} \ \text{通过} \ C_{gd} \ \text{耦合} \ \Rightarrow V_{GS} \ \text{尖峰} \ \Rightarrow \text{误导通风险}
  $$

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2.2 关键器件计算公式

自举电容选型

容量计算：

$$
C_{BOOT} > \frac{Q_g + Q_{ls} + Q_d}{\Delta V_{BOOT}} \times 1.5
$$

其中：

• $Q_g$: MOSFET栅极总电荷（查datasheet）
• $Q_{ls}$: 驱动芯片内部损耗电荷（约3-5nC）
• $\Delta V_{BOOT}$: 允许电压降（一般取0.5V）

容值快速估算：

$$
\boxed{C_{BOOT} \approx 100 \times Q_g\ (\text{nC})}
$$

（例：Q_g=10nC $\Rightarrow$ C_BOOT=1000nF）

---

自举二极管选型

耐压要求：

$$
V_{RRM} > V_{IN\_max} + V_{CC}
$$

电流能力：

$$
I_F > \frac{C_{BOOT} \times V_{CC}}{t_{dead}} \times f_{SW} \times 2
$$

其中：

• $V_{IN\_max}$: 最大输入电压
• $V_{CC}$: 驱动芯片供电电压
• $t_{dead}$: 死区时间
• $f_{SW}$: 开关频率

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充电回路：电容充/电感放，各走各路！

浮地驱动：浮地要驱动，就要加自举！

持续导通：电压不突变，导通能持久！

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三、同步Buck电路解析

3.1 拓扑结构

3.2 电压转换特性

CCM模式：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = D \quad (0 < D < 1)
$$

DCM模式：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{2D^2}{K(1-D)+2D^2} \quad \left(K=\frac{2L}{RT_{sw}}\right)
$$

3.3 电感参数

CCM最小电感：

$$ L_{min} = \frac{(V_{in}-V_{out})D}{\Delta I_L \cdot f_{sw}} \\[1ex]$$

$$ (\Delta I_L=0.2I_{rated},\ f_{sw}\text{为开关频率}，I_{rated}\text{为30\%额定输出电流}) $$

1.8$L_{min}$>实际电感>1.2$L_{min}$

DCM临界条件：

$$
L_{crit} = \frac{V_{out}(1-D)}{2f_{sw}I_{out}}
$$

3.4 电流路径

工作模式	阶段描述	电流路径
CCM	储能阶段	Vin → Q1 → 电感 → 电容 → 负载
CCM	续流阶段	电感 → 电容 → 负载 → Q2 → 电感
DCM	停滞阶段	电容独立供电维持负载电压

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四、同步Boost电路解析

4.1 拓扑结构

4.2 电压转换特性

CCM模式：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{1-D} \quad (D<0.8)
$$

DCM模式：

$$
\frac{V_{out}}{V_{in}} = 1 + \frac{D}{\sqrt{\frac{2L}{RT_{sw}}}}
$$

4.3 电感参数

CCM最小电感：

$$
L_{min} = \frac{V_{in}D}{\Delta I_L \cdot f_{sw}} \\ (\Delta I_L=0.3I_{in},\ f_{sw}\text{为开关频率})
$$

1.8$L_{min}$>实际电感>1.2$L_{min}$

DCM临界条件：

$$
L_{crit} = \frac{V_{in}^2D^2}{2f_{sw}P_{out}(1-D)}
$$

4.4 电流路径

工作模式	阶段描述	电流路径
CCM	储能阶段	输入电源 → 电感 → Q1 → 地
CCM	传输阶段	输入电源 → 电感 → Q2 → 电容 → 负载
DCM	停滞阶段	电容独立维持负载电压

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五、同步Buck-Boost电路解析

5.1 拓扑结构

” Q1和Q4由D控制，Q2和Q3由1-D控制”

5.2 电压转换特性

Buck模式（降压模式）：

• CCM模式： $$
  \frac{V_{out}}{V_{in}} = D
  $$
• DCM模式： $$
  \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{2D^2}{\frac{2L}{R T_{sw}} + D^2}
  $$

Boost模式（升压模式）：

• CCM模式： $$
  \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{1-D}
  $$
• DCM模式： $$
  \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{1}{2} \left( 1 + \sqrt{1 + \frac{2D^2 R T_{sw}}{L(1-D)}} \right)
  $$

BUCK-Boost模式（升压模式）：

$$
V_{out} = \frac{D}{1-D} \cdot V_{in}
$$

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5.3 电感参数

Buck模式（降压模式）：

• CCM最小电感： $$
  L_{min} = \frac{V_{in} \cdot D \cdot (1-D)}{\Delta I_L \cdot f_{sw}} \quad (\Delta I_L = 0.25I_{out})
  $$
• DCM临界条件： $$
  L_{crit} = \frac{V_{in} \cdot D \cdot (1-D) \cdot T_{sw}}{2I_{out}}
  $$

Boost模式（升压模式）：

• CCM最小电感： $$
  L_{min} = \frac{V_{in} \cdot D}{\Delta I_L \cdot f_{sw}} \quad (\Delta I_L = 0.25I_{out})
  $$
• DCM临界条件： $$
  L_{crit} = \frac{V_{in}^2 \cdot D^2}{2f_{sw} \cdot P_{out} \cdot (1-D)}
  $$
  实际电感取两者计算结果最大值

5.4 电流路径

补充后的完整表格

工作模式	阶段	开关状态	有效电流路径
Buck模式	Q3常通，Q4常闭
电感充电	Q1导通	Q2关断	VIN → Q1 → L → Q3 → 输出电容 → 负载 → GND
电感放电	Q2导通	Q1关断	L → Q3 → 输出电容 → 负载 → Q2 → GND
Boost模式	Q1常通，Q2常闭
电感充电	Q4导通	Q3关断	VIN →Q1→ L → Q4 → GND
电感放电	Q3导通	Q4关断	VIN →Q1→ L → Q3 → 输出电容 → 负载 → GND
停滞阶段	所有MOS关断	Q2/Q4体二极管续流	输出电容 → 负载 → Q2体二极管 → Q4体二极管环路
BUCK-BOOST模式	Q1/Q2互补，Q3/Q4互补
联合充电阶段	Q1导通，Q4导通	Q2关断，Q3关断	VIN → Q1 → L → Q4 → GND（BOOST级储能） 同时：VIN → Q1 → L → Q3体二极管 → 输出电容 → 负载 → GND（BUCK级充电）
联合放电阶段	Q2导通，Q3导通	Q1关断，Q4关断	L → Q3 → 输出电容 → 负载 → Q2 → GND（BUCK级放电） 同时：L → Q4体二极管 → GND（BOOST级放电）
停滞阶段	所有MOS关断	Q2/Q4体二极管续流	输出电容 → 负载 → Q2体二极管 → Q4体二极管环路（BUCK续流） 同时：L → Q4体二极管 → GND（BOOST续流）

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六、关键设计

6.1 驱动时序要求

死区时间计算：

$$
t_{dead} = \frac{Q_g}{I_{drive}} + 15ns \quad (Q_g\text{为栅极电荷})
$$

6.2 损耗计算模型

同步MOS损耗：

$$
P_{loss} = I_{RMS}^2 \cdot R_{ds(on)} + \frac{1}{2}V_{ds} \cdot I_{peak} \cdot t_{rr} \cdot f_{sw}
$$

七、电流模式选型

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