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Flyback反激變換器在DCM模式的工作狀態

松哥電源 ? 來源:松哥電源 ? 2024-09-12 10:23 ? 次閱讀

變壓器初級電感電流工作在連續導通模式CCM Continuous Conduction Mode,每個開關周期結束時,電感電流沒有降到0,而是降到某一個電流值ILp(min);每個開關周期開始時,電感電流從初始值ILp(min)開始增加。每個開關周期開關管關斷時,電感儲存能量,并沒有完全釋放。

反激變換器次級繞組平均電流等于輸出電流Io,如果Io降低,iNS也隨之降低,其斜率向下的梯形波整體向下移動。當Io降低到一個值時,iNS最小值降低到0,iNS從梯形波變為三角波,反射到初級繞組電流iLp最小值也降低到0,ILp(min)=0,即:每一個開關周期開始時,iLp初始值為0;每個開關周期結束時,iLp剛好降低到0,這種工作模式稱為臨界導通模式CRM Critical ConductionMode。

反激進入到臨界導通模式后,Io進一步降低,iNS降為0后,輸出二極管D自然關斷不再導通;然而,此時開關周期時間還沒有結束,iNS在開關周期結束之前提前下降到0,輸出二極管D提前關斷;后面一段時間,iNS將保持為0不變,這種狀態一直持續到下一個開關周期開始。在開關周期中,iNS的電流波形在中間出現不連續(斷續)狀態,反射到初級繞組iLp的電流波形在中間出現不連續(斷續)狀態,這種工作模式稱為非連續(斷續)導通模式DCM Discontinuous Conduction Mode。

反激變換器工作在斷續導通模式DCM時,電路有3種工作狀態, ton和toff1與連續導通模式CCM相同,多出一個工作狀態為toff2,此期間,iLm一直保持為0,輸出負載Ro完全由輸出電容Co放電來維持供電,因此,輸出電容Co的紋波電壓較大。

wKgZombiULiAMaleAAAbNdDkWvU827.jpg

(a)開關管導通,輸出整流二極管不導通

wKgaombiULiAaFldAAAb8aZZgxc621.jpg

(b)開關管關斷,輸出整流二極管導通

wKgaombiULiAU012AAAT1X1jUyw452.jpg

(c)開關管關斷,輸出整流二極管關斷

圖1非連續導通模式

斷續導通模式DCM控制簡單,容易設計,應用非常廣泛,其工作波形和實際測量波形如圖2所示。

wKgaombiULiAAxQPAABmPcnoJKU191.jpg

(a)工作波形

wKgZombiULiAUleNAAD2Yrl8Y2U060.jpg

(b) 測量波形

圖2非連續導通模式波形

在斷續導通模式toff2期間,初級繞組電感電流為0,電感相當于導線,開關節點電壓VDS等于Vin。實際電路中,開關節點電壓VDS為LC阻尼振蕩波形,L為初級繞組電感,C為開關管Q與變壓器輸出寄生電容之和,阻尼振蕩波形中間值為輸入電壓Uin。

反激變換器在斷續導通模式DCM工作時,磁通復位或伏秒值平衡只在ton和toff1時間段內有效,在整個開關周期內,磁通復位或伏秒值平衡無效。

wKgZombiUMGAKkW9AAATivvFJZM714.jpg

輸出電流Io等于輸出二極管D的電流平均值ID:

wKgaombiUMGAb6h-AAAXHuWcvl8071.jpg

變換器的輸入功率為:

wKgaombiUMGAF8WeAAAd-l2ATwI526.jpg

忽略功率損耗,根據功率平衡原理;

wKgZombiUMGATG2vAAALUd0UiYE098.jpg

因此:

wKgaombiUMGAVG0jAAANvva7Bc4956.jpg

輸出電壓Vo為:

wKgZombiUMGAQEDCAAAXQQHcFNI600.jpg

反激變換器非連續導通模式DCM時,輸出電壓Vo與變壓器匝比n無關,輸出電壓Vo與輸入電壓Vin及占空比D相關,還與輸出電流負載有關。

反激變換器變壓器相當于耦合電感,具有儲能、隔離輸入和輸出功能,輸出不用電感,可以使用多繞組實現多路輸出。結構簡單,價格便宜。DCM系統沒有輸出整流二極管反向恢復的問題,變壓器磁通變化范圍(擺率)大,變壓器利用充分,系統功率級為一階轉遞函數,反饋容易設計,但是,其輸入和輸出電流紋波大,效率低,功率低。CCM的輸入和輸出電流紋波小,可以傳輸更大功率,存在輸出整流二極管反向恢復的問題,系統功率級具有右半平面零點,系統不容易穩定。為了穩定,降低低頻增益率,系統瞬態變得響應緩慢。

反激變換器為了增大變壓器初級電感儲存能量,磁芯要開氣隙,同時增大飽和電流,缺點是變壓器漏感增大,初級開關管電壓尖峰增大,系統損耗增加,效率降低。

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原文標題:Flyback反激變換器:非連續導通模式DCM工作原理

文章出處:【微信號:adlsong2016,微信公眾號:松哥電源】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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