變壓器初級電感電流工作在連續(xù)導(dǎo)通模式CCM Continuous Conduction Mode,每個開關(guān)周期結(jié)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(guān)周期開始時,電感電流從初始值ILp(min)開始增加。每個開關(guān)周期開關(guān)管關(guān)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(dāng)Io降低到一個值時,iNS最小值降低到0,iNS從梯形波變?yōu)槿遣?,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(guān)周期開始時,iLp初始值為0;每個開關(guān)周期結(jié)束時,iLp剛好降低到0,這種工作模式稱為臨界導(dǎo)通模式CRM Critical ConductionMode。
反激進(jìn)入到臨界導(dǎo)通模式后,Io進(jìn)一步降低,iNS降為0后,輸出二極管D自然關(guān)斷不再導(dǎo)通;然而,此時開關(guān)周期時間還沒有結(jié)束,iNS在開關(guān)周期結(jié)束之前提前下降到0,輸出二極管D提前關(guān)斷;后面一段時間,iNS將保持為0不變,這種狀態(tài)一直持續(xù)到下一個開關(guān)周期開始。在開關(guān)周期中,iNS的電流波形在中間出現(xiàn)不連續(xù)(斷續(xù))狀態(tài),反射到初級繞組iLp的電流波形在中間出現(xiàn)不連續(xù)(斷續(xù))狀態(tài),這種工作模式稱為非連續(xù)(斷續(xù))導(dǎo)通模式DCM Discontinuous Conduction Mode。
反激變換器工作在斷續(xù)導(dǎo)通模式DCM時,電路有3種工作狀態(tài), ton和toff1與連續(xù)導(dǎo)通模式CCM相同,多出一個工作狀態(tài)為toff2,此期間,iLm一直保持為0,輸出負(fù)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。
(a)開關(guān)管導(dǎo)通,輸出整流二極管不導(dǎo)通
(b)開關(guān)管關(guān)斷,輸出整流二極管導(dǎo)通
(c)開關(guān)管關(guān)斷,輸出整流二極管關(guān)斷
圖1非連續(xù)導(dǎo)通模式
斷續(xù)導(dǎo)通模式DCM控制簡單,容易設(shè)計,應(yīng)用非常廣泛,其工作波形和實際測量波形如圖2所示。
(a)工作波形
(b) 測量波形
圖2非連續(xù)導(dǎo)通模式波形
在斷續(xù)導(dǎo)通模式toff2期間,初級繞組電感電流為0,電感相當(dāng)于導(dǎo)線,開關(guān)節(jié)點電壓VDS等于Vin。實際電路中,開關(guān)節(jié)點電壓VDS為LC阻尼振蕩波形,L為初級繞組電感,C為開關(guān)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(xù)導(dǎo)通模式DCM工作時,磁通復(fù)位或伏秒值平衡只在ton和toff1時間段內(nèi)有效,在整個開關(guān)周期內(nèi),磁通復(fù)位或伏秒值平衡無效。
輸出電流Io等于輸出二極管D的電流平均值ID:
變換器的輸入功率為:
忽略功率損耗,根據(jù)功率平衡原理;
因此:
輸出電壓Vo為:
反激變換器非連續(xù)導(dǎo)通模式DCM時,輸出電壓Vo與變壓器匝比n無關(guān),輸出電壓Vo與輸入電壓Vin及占空比D相關(guān),還與輸出電流負(fù)載有關(guān)。
反激變換器變壓器相當(dāng)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(xiàn)多路輸出。結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜。DCM系統(tǒng)沒有輸出整流二極管反向恢復(fù)的問題,變壓器磁通變化范圍(擺率)大,變壓器利用充分,系統(tǒng)功率級為一階轉(zhuǎn)遞函數(shù),反饋容易設(shè)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(fù)的問題,系統(tǒng)功率級具有右半平面零點,系統(tǒng)不容易穩(wěn)定。為了穩(wěn)定,降低低頻增益率,系統(tǒng)瞬態(tài)變得響應(yīng)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(guān)管電壓尖峰增大,系統(tǒng)損耗增加,效率降低。
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原文標(biāo)題:Flyback反激變換器:非連續(xù)導(dǎo)通模式DCM工作原理
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