(a)连续导通模式(CCM)电流波形示意图 |
目前总共有三种方法使电路进入临界状态:
确定出临界状态对应的电感值LC,但是当电感值LC确定后,在不同负载情况下,系统却可能进入CCM模式,也可能进入DCM模式;
已知的某一个给定电感L情况下,通过确定负载的大小,使电路进入不同的模式;
将上述的电感和电阻等关键元器件的值都固定下来,通过开关频率的调整,使电路进入临界模式。
临界模式控制器的设计
图2所示FLYBACK拓扑结构的转换器,通过对它的计算分析来进行进一步的解释。
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(a) FLYBACK拓扑结构电路示意图 |
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(b) 次级线圈对应电压波形示意图 |
为了简化分析,先进行如下假设:
假设1:每周期内电感平均电压降为0;
假设2:根据图1(b)所示,当L=LC的时候,IL(平均)=1/2IP
假设3:电源功率具有100%的转换效率,即Pin=Pout
采用上面假设1,可以确定出在CCM模式下的直流电压转换率,根据图2(b)可以得到下列关系式:
根据图1(b)可以看出,对应于临界模式,意味着在导通状态中,对线圈中存储的能量会在下个周期开始的时候正好降为零,根据此判断,可得:
根据假设2,对上式积分可得:
通过联立上述方程,可确定出对应临界状态的关键元器件的大小:
以上确定了FLYBACK拓扑结构转换器临界模式对应的关键参数值,也可以确定出,在保证电源稳定和可靠的前提下,DCM模式和CCM模式对应的极点和零点也能够确定出来。表1给出了不同操作模式下极点和零点的位置及对应的FLYBACK电压增益。
表1 FLYBACK拓扑不同模式对应极点、零点及电压增益 |
表1中FSW为开关频率,VSAW对应PWM控制信号锯齿波的幅度,LP为初级线圈电感。
根据表1,采用功率分析软件Power 4-5-6进行模拟,对于100kHz频率、电压模式PWM控制器进行模拟分析,所得结果如图3所示,其中图3(a)所示为DCM模式下的高频极点,图3(b)所示为CCM模式下的高频极点模拟结果。
(a) CCM模式下的模拟结果; |
从图3可以看出,DCM模式下,需要双极点单零点的补偿网络,而CCM模式则需要双极点双零点的补偿网络,当在DCM模式下的极点和零点固定的情况下,CCM的二级极点将会对应于控制信号的占空比而发生变化。
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