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為何設計越小,峰值電流越大,有效值電流也越大?

電子設計 ? 來源:互聯網 ? 作者:佚名 ? 2018-08-22 09:24 ? 次閱讀
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首先反激電源一般設計占空比時,我們一般是小于0.5的,大家都知道如果超過0.5必須要增加斜坡補償。

那么開關電源在設計反激開關電源時,為何占空比都設計成0.45左右而不是更小?

聽得最多的是,占空比越大電源效率會越高,所以大家都是這樣來設計的,實際上也是個這樣的趨勢,為什么?從原理上怎么解釋?從公式上又怎樣看出?

我們一起來分析一下:

以反激DCM模式為例

首先開關電源中最影響效率的三個關鍵元器件

1、mos管

2、變壓器

3、輸出整流二極管

當然還有其他元器件,但這三個占比是比較大的。

mos管損耗分為:開通損耗、關斷損耗、導通損耗、驅動損耗

(DCM狀態下開通損耗是忽略不計的)

變壓器損耗分為:鐵損、銅損

整流二極管損耗分為:導通損耗、反向恢復損耗

跟這些損耗關系最大的參數就是電流:峰值電流、有效值電流。

我們如果能證明占空比越大峰值電流越小,有效值電流也越小的話,基本可以證實我們的標題:反激占空比越大效率越高。

“”

先把公式擺出來:

1、根據能量守恒可得

“”

其中Lp為原邊繞組電感量,Ip為原邊繞組峰值電流,P為電源功率,T為開關電源的工作周期。

2、電流,電感,電壓,時間之間的關系

“”

其中,Vin為輸入電壓,Ton一個周期開關管的導通時間,D為占空比,Lp為原邊繞組電感量,f為開關頻率,Ip為峰值電流。

3、把式三代入式一可得到

“”

我們看下式四,其中輸入電壓Vin是固定的,開關頻率f也是固定的,開關電源功率P也是不變的。

所以很容易看出占空比D設計越大時,計算出的原邊電感量越大,反之D越小,計算出的原邊電感量越小,我們把這個結論叫做結論一。

4、我們再回頭把公式一變換一下得到公式五

“”

從公式五可知,Lp越大時峰值電流Ip越小,反之Lp越小時峰值電流越大。再結合結論一可知,占空比D越大峰值電流Ip越小,占空比D越小峰值電流Ip越大,我們把這個結論叫做結論二。

我們再看下反激DCM下的有效值電流

1、反激DCM的有效值電流公式為:

“”

其中Iprms為原邊電感有效值電流,Ip為原邊電感峰值電流,D為占空比。

有效值電流為何是這個公式?

由于峰值電流IP和占空比D是成反比的,所以單從公式六還是無法得出有效值電流Iprms和占空比D的關系,我們需要根據其他公式把Ip消除才好證明。

我們可以把公式三以及公式四代入公式六可得到

“”

我們看下公式七,P是固定的,Vin是固定的,所以可以得出一個結論三:占空比越大時有效值電流越小,反之占空比越小時有效值電流越大。

總結:

設計DCM反激時通過結論二二結論三

占空比設計越大,峰值電流越小,有效值電流也越小。

占空比設計越小,峰值電流越大,有效值電流也越大。

所以我們一般設計反激電源時一般把最大占空比設計成接近0.5,比如0.45左右效率會比較高。

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