电源设计】开关电源各点波形

kevin-wang · 发表于 2017-5-26 14:51

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1．单管反激电路基本结构

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基本工作原理 ON/OFF（省略）

2. 两种模式DCM 和CCM

（1） CCM 和DCM 模式判断依据

CCM 和DCM 的判断，不是按照初级电流是否连续来判断的。而是根据初、次级的电流合成来判断的。只要初、次级电流不同是为零，就是CCM 模式。而如果存在初、次级电流同时为零的状态，就是DCM模式。介于二者之间的就是BCM 模式。

（2）两种模式在波形上的区别

变压器初级电流，CCM 模式是梯形波，而DCM 模式是三角波。

 次级整流管电流波形，CCM 模式是梯形波，DCM 模式是三角波。

 MOS 的Vds 波形，CCM 模式，在下一个周期开通前，Vds 一直维持在Vin+Vf 的平台上。而DCM 模式，在下一个周期开通前，Vds会从Vin+Vf 这个平台降下来发生阻尼振荡。（Vf 次级反射到原边电压）。因此我们就可以很容易从波形上看出来反激电源是工作在CCM还是DCM状态

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DCM

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CCM

3. MOSFET在开通和关断瞬间寄生参数对波形的影响

（1）DCM（Vds，Ip）

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在MOS关断的时候，Vds的波形显示，MOS上的电压远超过Vin+Vf！这是因为，变压器的初级有漏感。漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。那么MOS关断过程中，漏感电流也是不能突变的。漏感的电流变化也会产生感应电动势，这个感应电动势因为无法被次级耦合而箝位，电压会冲的很高。那么为了避免MOS被电压击穿而损坏，所以我们在初级侧加了一个RCD吸收缓冲电路，把漏感能量先储存在电容里，然后通过R消耗掉当次级电感电流降到了零。这意味着磁芯中的能量已经完全释放了。那么因为二管电流降到了零，二极管也就自动截止了，次级相当于开路状态，输出电压不再反射回初级了。由于此时MOS的Vds电压高于输入电压，所以在电压差的作用下，MOS的结电容和初级电感发生谐振。谐振电流给MOS的结电容放电。Vds电压开始下降，经过1/4之一个谐振周期后又开始上升。由于RCD箝位电路以及其它寄生电阻的存在，这个振荡是个阻尼振荡，幅度越来越小。f1比f2大很多（从波形上可以看出），这是由于漏感一般相对较小；同时由于f1所在回路阻抗比较小，谐振电流较大，所以能够很快消耗在等效电阻上，这也就是为什么f1所在回路很快就谐振结束的原因！（具体谐振时间可以通过等效模型求解二次微分方程估算）

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CCM（Vds，Ip）

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（3）其他一些波形分析（次级输出电压Vs，Is, Vds）

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CCM（CH3为变压器副边Vs波形）

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DCM(CH3为变压器副边Vs波形)
不管是在CCM模式还是DCM模式，在mosfet开通on时刻，变压器副边都有震荡。主要原因是初次级之间的漏感+输出肖特基（或快恢复）结电容+输出电容谐振引起，在CCM模式下与肖特基的反向恢复电流也一些关系。故一般在输出肖特基上并联一个RC来吸收，使肖特基应力减小。

不管是在CCM模式还是DCM模式，在mosfet关断off时刻，变压器副边电流Is波形都有一些震荡。主要原因是次级电感+肖特基接电容+输出电容之间的谐振造成的.

（4）RCD吸收电路对Vds的影响

在MOS关断的时候，Vds的波形显示，MOS上的电压远超过Vin+Vf！这是因为，变压器的初级有漏感。漏感的能量是不会通过磁芯耦合到次级的。那么MOS关断过程中，漏感电流也是不能突变的。漏感的电流变化也会产生感应电动势，这个感应电动势因为无法被次级耦合而箝位，电压会冲的很高。那么为了避免MOS被电压击穿而损坏，所以我们在初级侧加了一个RCD吸收缓冲电路，把漏感能量先储存在电容里，然后通过R消耗掉

（5）Vgs波形

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为使mosfet在开通时间的上升沿比较陡，进而提高效率。在布线时驱动信号尽量通过双线接到mosfet的G、S端，同时连接尽量短些。

（1）尽量使反激电路最大工作占空比小于50%，若要使占空比工作在大于50%，为避免次谐波震荡，需加上斜率补偿，此外还需注意变压器能否磁复位。由于mosfet导通和关断需要一定的时间，同一批次的变压器单体之间也有差异，建议反激最大工作占空比小于45%。