详细说明开关电源中3种模式的不同

开关电源中，Pulse skip mode跳脉冲模式、Burst mode突发模式和Hiccup mode打嗝模式，这3种模式分别针对不同的工作条件，下面对它们做详细的说明。

Pulse skip mode跳脉冲模式、Burst mode突发模式主要针对输出轻载或空载条件下的工作状态。

Hiccup mode打嗝模式主要针对输出短路条件下的工作状态。

1、 Pulse skip mode跳脉冲模式

非同步降压型Buck变换器在满负载输出时，电感电流工作于CCM连续电流模式。系统输出负载从满载到轻载、然后到空载变化过程中，电感平均电流即输出负载电流逐渐降低，电感电流从连续电流工作模式进入DCM非连续电流工作模式，也就是电感电流回到0后，下端续流二极管自然关断，由于开关周期还没有结束，电感电流在0值保持一段时间，直到开关周期结束，进入下一个开关周期。

开关电源工作在非连续电流模式后，若负载电流进一步降低，为了维持输出电压的调节，上管的开通时间将减小，直到达到控制器的最小导通时间。上管的开通时间达到控制器的最小导通时间后，若负载电流仍然在降低，控制器就必须屏蔽掉、即跳掉（去除）一些开关脉冲，以维持输出电压的调节，这种控制方法即为跳脉冲模式Pulse skip mode。

如果是同步降压型Buck变换器，下管为功率MOSFET，在电感电流过0后，若下管继续维持导通状态，输出电容的电压通过电感和下管组成回路反向激磁，形成反向电流，也就是输出反灌电流，这将影响系统在轻载和空载的效率。因为输出反灌电流没有参与输入到输出的能量传输，相当于每个开关周期在系统中空转，回路的电阻产生直流损耗。

图1 Pulse skip mode跳脉冲模式

同步降压型Buck变换器，如果系统检测到输出负载低于一定值时，下管停止工作，相当于进入到非同步工作方式。

例如，Buck变换器的输入电压为3.3V，输出电压为2.5V的，输出满负载电流Io=1.25A，轻载电流Io=50mA，工作频率为1MHz，电感L=2.2uH，输出电容为22uF，陶瓷电容。如图1所示，在50mA的轻载输出电流下，系统工作在跳脉冲模式时，电感电流为DCM模式，每个开关周期，电感电流过0并保持一段时间后才进入下一个开关周期。

2、Burst mode突发模式

为了提高系统轻载和空载效率，当输出负载降到一定值时，同步降压型Buck变换器进入到Burst mode突发模式，如图2所示。此时，系统连续工作几个开关周期，输出电压逐渐升高，输出电压升高到一定值时，系统停止工作，其停止工作的时间较长；系统停止工作后，输出电压逐渐下降，直到输出电压降低到某一值时，系统再开始工作，如此反复，这种工作模式即为Burst mode突发模式。

同时，系统在此模式下工作，如果检测到电感电流过0，立刻关断下管，防止产生反向电流，提高系统效率。

Burst mode突发模式系统工作的时间很短，停止工作的时间很长，因此极大的降低了开关损耗，提高系统的效率。另一方面，由于上管停止工作的时间很长，在此期间，输出电容将维持输出负载的能量，因此输出电容的纹波电压大，即输出纹波电压大。

同样的，Buck变换器的输入电压为3.3V，输出电压为2.5V的，输出满负载电流Io=1.25A，轻载电流Io=50mA，工作频率为1MHz，电感L=2.2uH，输出电容为22uF，陶瓷电容。系统工作在突发模式时，上管开关工作的时间为3uS，而上管停止开关工作的间歇时间为9uS，输出电压纹波峰峰值高达20mV。

图2  突发模式

从图3可以看到2种模式轻载时效率和输出电压纹波比较，Burst mode突发模式的轻载效率高于Pulse skip mode跳脉冲模式，其输出电压纹波也大于Pulse skip mode跳脉冲模式。

  

(a) 效率比较  

 (b)　输出纹波比较

图3 轻载模式效率和输出纹波

3、Hiccup mode打嗝模式

电流模式的开关电源变换器逐个脉冲限流功能无法提供有效的输出短路保护，为了实现系统安全操作，当控制器检测到输出短路过流时，关断上管（主开关管）的工作，系统停止工作一段时间，然后，系统重新起动开始工作。如果输出短路消除，系统就进入到正常工作；如果输出短路依然存在，系统重复以上过程，如此反复，这种工作（保护）方式称为Hiccup打嗝工作模式。

图4  Hiccup mode打嗝模式波形

图5  Hiccup mode打嗝模式放大波形

图4和图5为Hiccup mode打嗝模式工作波形，可以看到，系统检测到输出短路过流后就停止工作，然后重启工作，如此反复。

审核编辑：刘清