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基于dcm模式的高压输出反激变换器_章治国
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········
Vol38, No. 3
Micr oelectr onics
章治国 , 唐
设计了一种工作在不连续导电模式( DCM) 下的高压输出反激变换器 细分析了工作
在连续导电模式( CCM) 和DCM 的反激变换器稳态输出/ 输入传递函数, 比较了这两种模式在不同
负载条件下的电压输出能力在理论分析的基础上得出: 在 一定的负载条件下, 工作在DCM 状态
的反激变换器比工作在CCM 状态下的反激变换器更适合高压输出电路在试验电路上对这 一结
论进行了验证
不连续导电模式; 连续导电模式; 高压电源; 反激变换器
High Voltage Output Flyback Converter Based on DCM
ZHANG Zhiguo , T ANG Y n
( 1. Sichuan Institute of Solid State Circuits, China Electronics Technology Group Corp . , Chongqing 400060, P. R. C
2. College of Mathe atics and Statistics, Chongqing Technology and Business University, Chongqing 400067, P. R. China)
A highvolt ge output flyb ck converter oper t ing in DCM w
s designed. Ste dyst te inputoutput
volt ge t r nsfer functions of the convert er in the equilibrium w ere
n lyzed in det il. And outputvolt ge ch r cteris
tics in both CCM
nd DCM were comp red. It is concluded th t, under cert in lo d condit ions, the flyb ck converter
oper ting in DCM is more suit ble for highvolt ge output circuit th n th t oper ting in CCM . An experiment l cir
s constructed to verify the conclusion.
Key words:
DCM ; CCM ; High
Flyb ck converter
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反激变换器从工作模式到特征总结全解析
[导读]电子工程师在进行电路设计时，总会有反激电路设计，看到了很多，因此想具体的看看反激电路到底是个什么样的，下面是大师级对反激变换器从工作模式到特征总结全解析，带您进入电源设计。一.先来认识一下反激变换器1.反
电子工程师在进行电路设计时，总会有反激电路设计，看到了很多，因此想具体的看看反激电路到底是个什么样的，下面是大师级对反激变换器从工作模式到特征总结全解析，带您进入电源设计。
一.先来认识一下反激变换器
1.反激基本电路：
2.工作原理：
变压器的一次和二次绕组的极性相反，这大概也是Flyback名字的由来：
a.当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。
b.当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。
3.反激电路的演变
可以看作是隔离的Buck/Boost电路:
4.在反激电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此有人称其为电感变压器，有时我也叫他异步电感。
二.Flyback的工作模式:
1.DCM(discontinuous current mode)&CCM(continuous current mode)
根据次级电流是否有降到零，反激可以分为DCM和CCM两种工作模式。两种模式有其各自的特点。下面两种工作模式时的波形(理想波形)。
3.工作模式：
1)电压电流波形
2)用电感变压器模型来标示工作工作过程;也可以原副边分开讨论，用电压源来代替中间的转换。
4.波形震荡的来源：
1)开关管关断时的震荡来源于漏感;
2)断续时的震荡，主要原边电感了，因没有了反射电压嵌位。我们可以把反射电压当作一个电压源。
5.实际不理想时开关管所承受的电压是什么样的?
(1)开关管电压分为几部分：
Vds=VDC+VRo(N*Vo)+Vlk
(2)VDC没有什么好解释的;VRo是因原边开关管关断副边二极管导通，输出电压通过变压器反映到原边的电压(N*Vo);除了变压器制约住的电压还有制约不住的漏感电压Vlk，既然是漏感电压，当然和变压器的漏感有关系了。
(3)如果来限制漏感电压那，RCD吸收钳位电路，利用电容吸收，靠二极管钳位，通过电阻把漏感能量消耗掉。设计的原则是让RCD能够消耗掉漏感能量，发挥该有的作用，但又不能过猛成为原边一个吃激磁电感能量负载。
6. 变压器，电压电流波形，二极管反向恢复：
1)反激的变压器与其说是变压器莫如说是电感，但我们又不能否认它是变压器;
2)变压器都会存在或多或少的漏感，相对于原边变存在，相对于复边亦存在;
3)电压波形的两处震荡：
a.CCM模式时，只有开关管关断时,由于漏感引起的震荡(Lk和C);
b.DCM模式时，还有副边电流为零，原边电感失去NVo嵌位，引起震荡(Lm和C);
c.所有的震荡，甚至包含功率转换的基本开关，都是EMI的来源;
4)同时，我们知道二极管存在反向恢复问题：
a.CCM模式，会有该问题;
b.DCM模式，因电流已将到零了，所以基本不存在这个问题;
三.再谈Vds:
Vds=VDC+VRo(n*Vo)+V
这个公式我再谈两点：
a.如果还考虑到副边整流管的压降，应该是n*(Vo+VDsec);因VDsoec很小，忽略了，前提是n不大时。
b.在我们设计时，输入电压和输出电压是定下来，我们无能为力，但是匝比是我们自己设计的。有时候，我们为了迁就选择标准的管子，我们电压偏高时，就要来轻微的调整匝比来满足我们的设计。
四. 再谈一下断续和连续的问题：
1. 原副边的制约关系:
a. Uo=D/(1-D)Vin
这是Flyback的电压制约公式，这里没有负载参数，说明理论上输出电压不受负载影响，这个最经常出现的公式只是在CCM下成立的奥。
b. 如果在DCM模式下，原边与副边靠的功率守恒来制约，这样输出电压的公式为：
Vo=VinTon*Sqrt(R0/2TLp)
输出电压与负载大小有关系，电压与负载成反比，因此原则上开环不能空载运行的哈，不要忘了呀。
2. 断续和连续的真实波形是怎样的
看看自己对连续和断续是否理解了，加深一下印象哈，我们尝试着去把基本的问题弄懂;其实反激真是很神奇的一个拓扑，简单而又十分高深;对于最基本的问题，我也是了解了其中的30%而已。小功率机种Flybck真是最佳选择，多小那?在LLC没有被人们掌握好之前，200W都有用的，现在75W以上的人们开始考虑用LLC了，效率却是做得更好。
在开关管关断时有来源于漏感的震荡;在转入DCM时也有震荡，但这个震荡是主电感在震荡了。我有时根据这个震荡来判断你是DCM还是CCM，这是我自己所采用的方法，不知道对不对哈。
五.再谈Flyback的变压器
1.在反激电路中，输出变压器T除了实现电隔离和电压匹配之外，还有储存能量的作用，前者是变压器的属性，后者是电感的属性，因此有人称其为电感变压器，有时我也叫他异步电感。
2.Flyback电路没有输出滤波电感，或者更准确的说反激可以没有输出滤波电感，用蔡明的话来讲，这是为什么?我得理解是因第一条，实际上在电流回路中已经有了电感了，所以可以不在有;
3.Flyback的变压器要存储能量，这不是变压器的属性，这是电感的属性;
变压器要存储能量，所以变压器一般要开气息;有的朋友可能对我前面的话不理解，存储能量和气息有什么关系?是因一旦开了气息，能量主要保存在气息中。
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热门关键词宽范围输入电压的反激变换器必须工作在DCM模式下吗？
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等待三天离线LV2本网技师积分：193|主题：21|帖子：6积分:193LV2本网技师 15:32:15
我要设计一个输入60~360V，输出24V，1A的反激变压器，宽范围输入电压的反激变换器必须设计工作在DCM模式下吗？
YTDFWANGWEI在线LV7版主积分：94235|主题：136|帖子：42515积分:94235版主 15:39:24&又是听哪里说的？ ||
能源消耗离线LV8副总工程师积分：4028|主题：30|帖子：1257积分:4028LV8副总工程师 17:12:30&怎么宽，有点难度，关系到各方面 ||Sinican离线LV8副总工程师积分：4396|主题：15|帖子：1523积分:4396LV8副总工程师 19:47:44&没有这种说法
不过 PSR 是必须在 DCM mode 下，当然现在也有某些很牛的厂家说可以在 CCM 下。呵呵～～
batteryli离线LV8副总工程师积分：3977|主题：57|帖子：1714积分:3977LV8副总工程师 09:37:09&第一次听说唉，能透露下厂家吗。 ||
Sinican离线LV8副总工程师积分：4396|主题：15|帖子：1523积分:4396LV8副总工程师 12:14:09倒数2&PI，百度一下就知道
基于CCM控制的PSR
很牛X，不过我看完了，不明白想说啥
拒绝变帅在线LV10总工程师积分：12660|主题：66|帖子：5526积分:12660LV10总工程师 22:27:42&CCM和DCM都可以，看你选择了。 ||
学海游轮离线LV8副总工程师积分：2128|主题：15|帖子：508积分:2128LV8副总工程师 22:39:09&
其实从MOS管和输出肖特基的角度来看，低压CCM，高压DCM比较合适。 ||
Coming.Lu在线LV7版主积分：38689|主题：37|帖子：13327积分:38689版主 08:01:33&工作在什么模式，随你。 ||
shyshihouyun离线LV8副总工程师积分：5505|主题：150|帖子：2361积分:5505LV8副总工程师 11:28:23&输入电压能做到60-360V啊，什么方案？ ||
拒绝变帅在线LV10总工程师积分：12660|主题：66|帖子：5526积分:12660LV10总工程师 11:34:42&你前面不是说了反激吗？这个拓扑可以啊。 ||
Coming.Lu在线LV7版主积分：38689|主题：37|帖子：13327积分:38689版主 11:38:50倒数10&人家所谓的方案，是：IC。
人家更关心用的是什么IC，不关心是用的什么拓朴。 ||
拒绝变帅在线LV10总工程师积分：12660|主题：66|帖子：5526积分:12660LV10总工程师 11:42:21倒数9&哦，那是不是要推荐一把384X？
前面开玩笑了，楼主要IC方案的话，得把一些主要指标给出来。 ||
Coming.Lu在线LV7版主积分：38689|主题：37|帖子：13327积分:38689版主 11:48:06倒数8&楼主只想知道工作模式。
8楼 那个，不是楼主。8楼想知道用什么IC。
说得没错，没有什么特殊要求的，就 推荐384X。
在现在的公司工作2年半，搞了5个项目。（第5个进行中）
用的电源IC分别是：
2. UC3844，L6562
3. UC3845，Viper22A
4. UC3846，UCC28070，NCP1252 等
5. UC3846，ICE3PCS01，NCP1252 等 ||
shyshihouyun离线LV8副总工程师积分：5505|主题：150|帖子：2361积分:5505LV8副总工程师 13:15:23倒数7&现在所谓的宽电压都是指85-265V，如果能做60-360V的宽压，设计的时候除了在变压器设计的时候一个最低电压值不一样，另外一个是一些元件的电压参数注意下，请问还有别的问题要注意吗？
譬如我现在打算用L6562+TOP245Y做一款输入60-360V的电源，输出40V，1A的电源，有可能实现吗 ||
Coming.Lu在线LV7版主积分：38689|主题：37|帖子：13327积分:38689版主 13:18:37倒数6&PI 的 IC，没用过，不知道。 ||batteryli离线LV8副总工程师积分：3977|主题：57|帖子：1714积分:3977LV8副总工程师 16:51:14倒数5&请问你85~265V是AC还是DC，如果是AC的话，全电压工作于DCM的话，低压时占空比设计为0.45，高压时的占空比非常小了。
batteryli离线LV8副总工程师积分：3977|主题：57|帖子：1714积分:3977LV8副总工程师 16:57:22倒数4&没看到你加了PFC，如果有PFC了，就随意啊。 ||
拒绝变帅在线LV10总工程师积分：12660|主题：66|帖子：5526积分:12660LV10总工程师 23:39:40倒数3&你这个可以实现，只是要考虑的就多了。
1、打算用多大的耐压的母线电容？
2、TOP内部集成的MOS耐压够吗？如700V就不够了。
3、60V输入的时候升压比太大，影响效率；
4、大家补充吧。。。 ||
jiahz2010离线LV6高级工程师积分：1467|主题：72|帖子：552积分:1467LV6高级工程师最新回复 17:32:45倒数1&楼主的项目整得怎么样了，我也有一个跟你差不多的，想参考一下。 ||
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E-mail：cpss#(#换成@)反激的DCM和CCM工作状态的详细分析
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反激的DCM和CCM工作状态的详细分析
&写反激的帖子很多，但很多帖子对于这个问题并没有讲透，特开一帖详细说明，如果有误，请共同探讨，力图把这个问题完全讲明白。先上初级线圈电流波形：&图中Ipk1表示DCM条件下的电感峰值电流，Ipk2表示CCM条件下的电感峰值电流。如果我们要设计一个反激电源，要求输出电压Vo、输出电流Io，输入最低直流电压Vin、输入最高直流电压Vm。设计的第一步先规定一个工作频率f（当然频率的确定需要考虑很多因素，但这里只专注于讨论DCM和CCM工作模式，暂且直接规定f），然后规定最大占空比D（反激通常在0.5以下为佳），现在分别按照DCM和CCM模式进行设计：1、因为输出功率等于输入功率乘以效率，而输出功率为Vo*Io，输入电压范围也已知，所以首先假定效率并计算初级电流。&如果我们设计为DCM工作方式，显然峰值电流更高，但由于其能量完全传递，在散热允许的条件下，DCM方式可以用相对较小的磁芯输出更大的功率。2、初级电流确定后，就可以由此计算出初级所需的电感量L。&因为KRF一定小于1，所以L2一定大于L1，即同样输出功率、同样输入电压、同样开关频率和占空比、同样效率时，DCM的电感量一定小于CCM的电感量。3、选择合适的磁芯。&&Vo和Io已知，Bm由磁性材料和工作温度决定，由于采用有效值进行计算，所以Kj可以取8A/mm2，但需要注意趋肤效应。初级线圈窗口利用率Kw，假设用圆线把窗口绕满，则总的利用率为3.14/4=78.5%；再假设辅助绕组、屏蔽层、绝缘胶带占用15%，则初次级绕组共占78.5%-15%=63.5%；通常次级圈数少，优先考虑次级绕完满层，所以初级需要占用较多的窗口面积，假定初级占36%；为了满足绝缘要求，普通漆包线绕制变压器是还需要加档墙，由于档墙是固定宽度的，所以磁芯绕线宽度越短，档墙占据的比例越高，小功率应用场合甚至可能占30%以上。所以功率越小越依靠经验选择磁芯，估算的初级线圈窗口利用率误差非常大。4、计算变压器各绕组圈数和线径。&&5、计算功率器件的电压电流。主开关FET的电流有效值与变压器初级电流有效值相同，峰值电压和峰值电流：&；整流二极管的电流有效值&，峰值电压和峰值电流：&注意：磁芯的选择需要考虑的问题很多，首先考虑的是材质和环境温度，如果环境温度很高（70度？），而且磁材的温升也较高（XX度/（W cm3））、居里温度却相对较低，那么就要尽可能减小铁损。铁损是和材质、频率（f）和磁摆幅（delt B）相关的，频率越高或者delt&B越大，铁损就越大，所以高频（&300KHz？）或高温（&55度？）应用条件，需要选用特殊磁材或者降低工作频率或者减小delt&B。
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