在BUCK直流-直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)際應(yīng)用中，理想狀態(tài)下規(guī)整的三角波電感電流常出現(xiàn)畸變，尤其在上下峰值處呈現(xiàn)明顯的抬升或跌落現(xiàn)象。這一現(xiàn)象不僅影響輸出電壓的穩(wěn)定性，還可能增加器件損耗、引發(fā)電磁干擾，甚至威脅系統(tǒng)可靠性。本文從BUCK電路工作機(jī)制出發(fā)，結(jié)合電感特性、控制策略、寄生參數(shù)等關(guān)鍵因素，系統(tǒng)剖析這一異?，F(xiàn)象的成因，為電路優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支撐。

BUCK電路的核心功能是通過(guò)開(kāi)關(guān)管的周期性導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)降壓轉(zhuǎn)換，電感作為能量存儲(chǔ)與傳遞的關(guān)鍵元件，其電流變化遵循“伏秒平衡”原理。理想狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電感電流隨(Vin-Vout)/L的斜率線性上升;開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電流以Vout/L的斜率線性下降，形成規(guī)整的三角波。但實(shí)際電路中，多種非理想因素打破了這種線性變化，導(dǎo)致峰值處的畸變。

電感自身的非理想特性是引發(fā)電流峰值畸變的首要原因。一方面，電感存在寄生并聯(lián)電容，這是由繞組間分布電容、繞組與磁芯間電容構(gòu)成的固有參數(shù)。當(dāng)電感電流接近峰值時(shí)，開(kāi)關(guān)狀態(tài)即將切換，電壓變化率驟增，寄生電容進(jìn)入快速充放電狀態(tài)，額外的充放電電流與電感原有電流疊加，導(dǎo)致峰值處出現(xiàn)明顯抬升或跌落。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)寄生電容在1pF~50pF范圍內(nèi)時(shí)，這種畸變現(xiàn)象會(huì)顯著加劇。另一方面，電感磁芯的飽和特性也會(huì)引發(fā)峰值異常。當(dāng)電感電流超過(guò)額定值時(shí)，磁芯磁導(dǎo)率下降，電感值隨之減小，根據(jù)電流變化率公式di/dt=V/L，電感值L的降低會(huì)使電流上升或下降斜率突然增大，在峰值處形成抬升突變。

BUCK芯片的控制策略缺陷是導(dǎo)致電流峰值畸變的核心因素，尤其在峰值電流模式控制(PCM)架構(gòu)中表現(xiàn)突出。峰值電流模式的核心邏輯是通過(guò)檢測(cè)電感電流瞬時(shí)值，當(dāng)達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)管，雖具備快速限流優(yōu)勢(shì)，但在占空比大于50%時(shí)易引發(fā)次諧波振蕩。此時(shí)，若某個(gè)周期電流因擾動(dòng)略高于預(yù)期，控制器會(huì)縮短下一通導(dǎo)時(shí)間，但高占空比下關(guān)斷時(shí)間更長(zhǎng)，電流下降速度更快，導(dǎo)致下一周期起始電流偏低。為達(dá)到相同峰值閾值，控制器需延長(zhǎng)導(dǎo)通時(shí)間，最終使峰值電流進(jìn)一步升高，形成正反饋循環(huán)，表現(xiàn)為峰值處的抬升畸變。即使添加斜坡補(bǔ)償，若補(bǔ)償斜率未達(dá)到關(guān)斷斜率絕對(duì)值的一半，仍無(wú)法完全抑制這種振蕩畸變。

電路參數(shù)不匹配，尤其是電感選型與系統(tǒng)需求不符，會(huì)直接誘發(fā)電流峰值異常。在實(shí)際應(yīng)用中，部分設(shè)計(jì)會(huì)通過(guò)增大電感值來(lái)降低電流紋波，但電感值過(guò)大會(huì)導(dǎo)致電流變化速度減慢，與芯片控制環(huán)路的響應(yīng)速度不匹配。當(dāng)開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換時(shí)，電感電流無(wú)法及時(shí)跟隨控制信號(hào)變化，在峰值處形成滯后性抬升或跌落。此外，紋波系數(shù)設(shè)計(jì)不合理也會(huì)加劇畸變，若紋波系數(shù)過(guò)高，流過(guò)電容的紋波電流增大，電容電壓波動(dòng)加劇，間接影響電感兩端的電壓差，導(dǎo)致電流峰值處的斜率突變。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)電感值超出推薦范圍20%以上時(shí)，峰值畸變概率顯著增加。

電路中的寄生參數(shù)與外部干擾是不可忽視的誘因。除電感寄生電容外，PCB走線電感、開(kāi)關(guān)管寄生電容等構(gòu)成的諧振回路，在開(kāi)關(guān)頻率附近易產(chǎn)生諧振。當(dāng)諧振頻率與電感電流峰值出現(xiàn)時(shí)刻疊加時(shí)，會(huì)引發(fā)電流的驟升或驟降。同時(shí)，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)(SW)的快速電壓變化會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，干擾信號(hào)耦合至電流檢測(cè)回路，導(dǎo)致檢測(cè)值失真，控制器據(jù)此做出錯(cuò)誤的開(kāi)關(guān)控制，進(jìn)一步加劇峰值畸變。在SW口添加RC吸收電路能有效抑制這類反向尖峰引發(fā)的畸變，印證了寄生參數(shù)與電磁干擾的影響。

實(shí)際應(yīng)用案例進(jìn)一步驗(yàn)證了上述成因。某采用BLL2683 BUCK芯片的電路，更換更大電感后出現(xiàn)明顯的峰值抬升現(xiàn)象，且同步與異步控制模式下均存在，與負(fù)載電流大小無(wú)關(guān)。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，新?lián)Q電感的封裝設(shè)計(jì)導(dǎo)致寄生電容增大，同時(shí)電感值過(guò)大與控制環(huán)路響應(yīng)不匹配。更換繞線式電感(寄生電容更小)并優(yōu)化電感值后，電流波形恢復(fù)規(guī)整。這一案例充分說(shuō)明，寄生參數(shù)與參數(shù)匹配度是實(shí)際應(yīng)用中引發(fā)峰值畸變的關(guān)鍵因素。

綜上，BUCK芯片電感電流峰值處的抬升與跌落是電感非理想特性、控制策略缺陷、電路參數(shù)不匹配及寄生干擾等多因素共同作用的結(jié)果。在電路設(shè)計(jì)中，需合理選型電感(控制寄生參數(shù)與電感值)、優(yōu)化控制策略(確保斜坡補(bǔ)償有效性)、優(yōu)化PCB布局以減小寄生參數(shù)與電磁干擾。深入理解這些成因，對(duì)提升BUCK轉(zhuǎn)換器的穩(wěn)定性、效率與可靠性具有重要意義，也是電源設(shè)計(jì)工程師必須攻克的核心技術(shù)難點(diǎn)。