3. 峰值电流模式控制的关键波形与工作状态
峰值电流模式控制（Peak Current Mode Control, PCM）的核心特征，是把电感电流的瞬时值作为内环反馈量，与电压外环输出的误差信号进行比较，一旦电流采样信号触及误差信号阈值，就立即关断主开关。因此，理解 PCM 的关键，不在于记住控制框图的名称，而在于看清三组波形之间的时序关系：电感电流 iL(t)、开关节点电压 vSW(t)、以及电流采样信号 vCS(t) 与驱动信号 vG(t)。这三组波形在不同工作状态——连续导通模式（CCM）、断续导通模式（DCM）和临界导通模式（BCM）——下呈现出明显不同的形态，直接决定了控制环路的稳定性、采样窗口的选择以及斜坡补偿的必要性。
一、三种工作状态的界定与电感电流波形
先明确参照约定：以下分析以同步 Buck 变换器为例，电感电流方向定义为从开关节点流向输出端为正，开关节点电压以地为参考。设输入电压 Vin、输出电压 Vout、电感 L、开关周期 Ts、占空比 D。
CCM（连续导通模式）：在一个开关周期内，电感电流始终大于零，电流波形为围绕直流分量 IL_avg 的三角波。导通阶段电流以斜率 (Vin−Vout)/L 上升，关断阶段以斜率 −Vout/L 下降。峰值电流 IL_pk = IL_avg + ΔIL/2，谷值电流 IL_valley = IL_avg − ΔIL/2，其中 ΔIL = (Vin−Vout)·D·Ts/L。CCM 下电流纹波相对直流分量较小，是中等以上负载的常态。
DCM（断续导通模式）：负载减轻后，电感电流在关断阶段下降到零，并在剩余时间内保持为零，形成“导通—关断—零电流”三段结构。此时 IL_valley = 0，电流波形不再是完整三角波，而是从零上升、再回落到零的脉冲。DCM 下占空比与负载相关，传递函数阶数降低，但峰值电流与平均电流的关系变为非线性。
BCM（临界导通模式）：介于 CCM 与 DCM 之间，电感电流在每个周期结束时恰好回到零，随即下一个周期开始。BCM 下 IL_valley = 0 且无零电流平台，电流波形为连续的三角波但谷值触零。BCM 常用于 PFC 或轻载高效场景，其开关频率随负载变化。
三种模式的判别可依据一个关键参数：K = 2L/(R·Ts)，其中 R 为负载等效电阻。当 K > 1−D 时为 CCM，K < 1−D 时为 DCM，K = 1−D 时为 BCM。这是判断工作状态最直接的依据。
二、开关节点电压波形与采样信号时序
开关节点电压 vSW(t) 在 CCM 下为标准的方波：导通时为 Vin，关断时为 0（同步整流管导通）或 −Vf（二极管续流）。在 DCM 下，当电感电流归零后，若为二极管整流，vSW 会因寄生参数产生振铃，最终稳定在 Vout 附近；若为同步整流，则体二极管或整流管状态决定其电平。BCM 下 vSW 在电流过零瞬间发生切换，振铃最小。
电流采样信号 vCS(t) 通常由串联采样电阻或电感 DCR 采样获得，与 iL(t) 成比例。在 PCM 中，vCS 与误差信号 vC 比较，当 vCS 上升到 vC 时，PWM 比较器翻转，驱动信号 vG 由高变低，主开关关断。这一时刻即为峰值电流采样点。
驱动信号 vG(t) 的上升沿由时钟脉冲置位，下降沿由电流比较器复位。因此，vG 的占空比不是预先设定的，而是由 vC 和 iL 的实时比较结果决定。这正是 PCM 的“逐周期限流”特性来源。
需要特别注意的是采样窗口。由于开关关断瞬间 vSW 跳变会通过寄生电容耦合到采样信号上，产生前沿尖峰。工程上通常在 vCS 路径上加入前沿消隐（Leading Edge Blanking, LEB），在 vG 上升沿后屏蔽一段时间（典型 50～200 ns），避免误触发。LEB 时间必须小于最小导通时间，否则会丢失真实峰值信息。
三、时序关系与工程判读
把三组波形叠放在同一时间轴上，可以读出 PCM 的完整工作过程：时钟上升沿到来，vG 置高，主开关导通，iL 以正斜率上升，vCS 同步上升；当 vCS 达到 vC 时，比较器翻转，vG 置低，主开关关断，iL 以负斜率下降；下一个时钟到来前，iL 的下降量取决于负载和电感。在 CCM 中，iL 尚未降到零就被下一次导通打断；在 DCM 中，iL 降到零后保持，直到下一个时钟；在 BCM 中，iL 恰好降到零时下一个时钟到来。
从工程判读角度，有三个关键观察点。第一，vCS 的峰值是否稳定跟随 vC。若 vCS 峰值出现抖动或提前触发，通常是 LEB 不足或采样路径噪声过大。第二，vSW 的振铃幅度。DCM 下振铃过大意味着寄生电容与电感形成高频谐振，可能干扰采样，需要调整缓冲电路或采样时刻。第三，vG 的最小占空比限制。在轻载 DCM 下，若 vC 很低，vG 脉宽可能被最小导通时间限制，导致输出失控，此时需要进入跳周期或降频模式。
下面给出一个用于快速判读工作状态与采样窗口的检查表，可直接用于实验调试记录。
| 观察项 | CCM 典型表现 | DCM 典型表现 | BCM 典型表现 | 异常判据 |
|---|---|---|---|---|
| iL 谷值 | > 0 | = 0 且有平台 | = 0 无平台 | 谷值负向过冲 → 同步整流时序错误 |
| vSW 关断段 | 稳定低电平 | 振铃后悬浮 | 快速切换无长振铃 | 振铃持续 > 200 ns → 缓冲不足 |
| vCS 峰值 | 等于 vC | 等于 vC | 等于 vC | 峰值高于 vC → LEB 过短或噪声耦合 |
| vG 脉宽 | 随负载变化 | 可能触及最小脉宽 | 随负载变频 | 脉宽抖动 > 10% → 斜坡补偿不足 |
| 工作频率 | 固定 | 固定（可能跳周期） | 随负载变化 | 频率异常跳变 → 模式切换振荡 |
vCS 时尽量使用短地线弹簧探头，避免探头地线环路拾取 vSW 跳变噪声。若无法消除前沿尖峰，可先将 LEB 从 100 ns 逐步增加到 200 ns，观察 vG 脉宽是否稳定；但 LEB 不得超过最小导通时间的 1/3，否则会压缩有效采样窗口。
理解这三种状态下的波形差异，是后续学习斜坡补偿、次谐波振荡抑制以及模式切换控制的基础。CCM 下占空比大于 50% 时，固定斜率补偿不足会引发次谐波振荡；DCM 下传递函数降为一阶，补偿网络可以简化；BCM 下频率变化范围宽，需要关注驱动能力和 EMI 滤波器的适应性。把这些波形关系建立成清晰的时序图像，才能在示波器上快速定位问题，而不是盲目更换补偿参数。