CCM模式 VS DCM模式
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在tON期间,MOSFET导通,输出电容器为负载供电。
在tOFF期间,MOSFET关断,变压器原边的能量开始传递到副边侧,开始为输出电容器充电及为负载供电。
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如上图所示,反激变换器有两种工作模式,具体是工作在什么模式由原边的Lp决定,或者说是看流过原边电感的电流决定。
DCM断续模式:原边电流从零开始上升的三角波。
CCM连续模式:原边电流从某一非零值上升的侧梯形波。
工作CCM模式时,输出电压与负载电流无关。
工作DCM模式时,输出电压受负载影响,为了控制电压恒定,占空比必须随着负载电流的变化而变化。
昨天的内容实际上讲过这两种模式不是固定的。
不同模式下反激变压器的设计原则
断续和连续是在一些负载的情况下,当负载变得较大时,断续模式也会变成连续模式,而正常负载都是连续模式的电源,在负载较小时,也可能会变成断续模式。
CCM模式下,输出电压与输入电压关系满足Vout=DVin,也是我们常说的等匝比守恒。
DCM模式下,满足的实际上是恒功率,计算时不能简单的套用Vout=DVin,中间还有一段“死区”时间。
连续模式(CCM)
优点:初级峰值电流相对较小,但会叠加较大的直流成分,需要增加气隙以防止变压器饱和;
占空比跟输出的电流大小无关,故适合于负载电流变化较大的场合;
对次级输出的电容要求相对较低,有利于降低电容的容量于体积。
缺点:次级整流二极管存在反向恢复的问题,从而引起发热与EMI(电磁干扰)问题;
反馈补偿复杂,存在右半面零点的问题;
需要较大的磁芯于较多的初级匝数。
断续模式(DCM)
优点:初级开关管开通前,次级整流二极管就已经关闭,所以不存在反向恢复的问题;
反馈补偿容易,不存在右半面零点的问题,所以负载电流突变引起的瞬态响应更快,动态好,过冲也不会太高。
缺点:所有功率元器件承受的峰值电流都比较大,电流的有效值也大,在一定程度上会影响电路的效率;大的di/dt会带来EMI(电磁干扰)问题;
因为占空比跟输出的电流大小有关,要得到稳定的输出,必定有个最小负载的问题;
对次级输出的电容要求也更高,否则会有很大的波纹问题。
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效率:在DCM模式下,由于二极管上没有反向恢复损耗且MOSFET为软导通,其效率要高于CCM模式。但如果占空比太小,则为原边电感充电的电流将非常高,这会降低变换器的整体效率。
变压器:至于变压器的尺寸,由于DCM模式需要的电感器较小,因此从理论上讲,它可以使用较小的变压器。但是,由于原边和副边电流的尖峰增加,因此变压器线规也必须加大。可以提高DCM模式下的开关频率,从而应用更小的变压器。
调整率:至于系统调整率和稳定性,DCM模式中的反激拓扑比CCM模式中的反激拓扑更易补偿。这是因为当变换器以CCM模式运行时,会出现不确定的右半平面零点(RHPZ),它会在较低频率上引入不稳定性。DCM模式则将RHPZ推到了更高的频率上,使环路更易补偿,因此可以提供比CCM更快的瞬态响应。此外,当占空比大于0.5时,CCM反激变换器可能会产生次谐波振荡,这意味着需要进行斜率补偿。
EMI:由于DCM模式会对电感器完全充电和放电,因此逻辑上其原边电流纹波要比CCM模式下大很多。电流纹波将产生一个可变信号,由于原边电流回路中不同组件类似天线的行为,该信号随后被传播,并产生显著的电磁干扰(EMI)。
另一方面,DCM反激变换器还实现了零电流开关(ZCS),这减少了整流二极管的反向恢复,从而提高了能源效率。但这种软开关会影响效率并对EMI产生重大影响,因为它必须使用快速恢复二极管来减少能量损耗,但这会在副边产生非常尖锐的电压尖峰,引起振铃,并可能导致高频差模噪声。