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                                    CCM與DCM的區別

                                    發布時間:2021-09-09 責任編輯:wenwei

                                    【導讀】反激變換器常用于進行AC/DC和DC/DC轉換的開關模式電源,尤其是中低功率范圍(約2W至100W)的電源。在這個功率范圍內,反激變換器在尺寸、成本和效率比方面都極具競爭力。 反激變換器的工作基于耦合電感器,該電感器除了幫助實現功率轉換,還可以在變換器的輸入和輸出之間提供隔離功能。除此之外,它具有與其他開關變換器拓撲相同的基本元素:兩個開關(MOSFET和二極管)和一個輸出電容器。
                                     
                                    反激變換器有兩個工作階段,即tON和tOFF,這兩個階段分別根據MOSFET的開關狀態來命名并控制。
                                     
                                    在tON,期間,MOSFET導通,電流從輸入端流過原邊電感器,對耦合電感器進行線性充電,并在其周圍產生磁場(見圖1.b)。在副邊,整流二極管反向偏置,從而使變壓器與輸出端斷開連接(見圖1.a)。 
                                     
                                    CCM與DCM的區別
                                    圖1:a)MOSFET和二極管中的電壓 b)原邊和副邊線圈中的電流
                                     
                                    存儲在輸出電容器中的電荷負責保持負載上的電壓穩定(見圖2)。 
                                     
                                    CCM與DCM的區別
                                    圖2:反激變換器電流原理圖
                                     
                                    在tOFF,期間,MOSFET斷開,耦合電感器開始通過二極管消磁(二極管現在已直接極化)。然后,電感電流會為輸出電容器充電并為負載供電。
                                     
                                    反激變換器有兩種工作模式,采用何種方式取決于每個周期中電感電流的最小值。如果在電感完全放電之前MOSFET從tOFF切換到tON,則電感中的電流永遠不會為零,這種操作方式稱為連續導通模式(CCM)。如果tOFF持續足夠長的時間使原邊電感器能夠完全放電,則電感電流將在一段時間內為零,此時二極管和MOSFET都處于截止狀態,我們稱為斷續導通模式(DCM)。
                                     
                                    CCM vs. DCM
                                     
                                    反激變換器的這兩種工作模式看起來非常相似,但實際上各有優缺點。設計人員在設計過程中全面考慮這些優缺點非常重要,因為其所選的工作模式會對電源變換器的效率、變壓器、調整率、EMI和成本都產生重大影響。圖3和圖4顯示了CCM和DCM之間的區別。 
                                     
                                    CCM與DCM的區別
                                    圖3: CCM模式下的電流和電壓波形
                                     
                                    CCM與DCM的區別
                                    圖4: DCM模式下的電流和電壓波形
                                     
                                    效率
                                     
                                    在DCM模式下,由于二極管上沒有反向恢復損耗且MOSFET為軟導通,其效率要高于CCM模式。但如果占空比太小,則為原邊電感充電的電流將非常高,這會降低變換器的整體效率。因此,必須為DCM選擇一個合適的占空比,以發揮其優勢。
                                     
                                    變壓器
                                     
                                    至于變壓器的尺寸,由于DCM模式需要的電感器較小,因此從理論上講,它可以使用較小的變壓器。但是,由于原邊和副邊電流的尖峰增加,因此變壓器線規也必須加大,這意味著兩種模式下的變壓器大小是差不多相同的。盡管如此,DCM模式實際上確實允許使用更小的變壓器。由于DCM比CCM模式更有效,因此可以提高DCM模式下的開關頻率,從而應用更小的變壓器。
                                     
                                    調整率
                                     
                                    至于系統調整率和穩定性,DCM模式中的反激拓撲比CCM模式中的反激拓撲更易補償。這是因為當變換器以CCM模式運行時,會出現不確定的右半平面零點(RHPZ),它會在較低頻率上引入不穩定性。DCM模式則將RHPZ推到了更高的頻率上,使環路更易補償,因此可以提供比CCM更快的瞬態響應。
                                     
                                    此外,當占空比大于0.5時,CCM反激變換器可能會產生次諧波振蕩,這意味著需要進行斜率補償。
                                     
                                    EMI
                                     
                                    由于DCM模式會對電感器完全充電和放電,因此邏輯上其原邊電流紋波要比CCM模式下大很多。電流紋波將產生一個可變信號,由于原邊電流回路中不同組件類似天線的行為,該信號隨后被傳播,并產生顯著的電磁干擾(EMI)。
                                     
                                    另一方面,DCM反激變換器還實現了零電流開關(ZCS),這減少了整流二極管的反向恢復,從而提高了能源效率。但這種軟開關會影響效率并對EMI產生重大影響,因為它必須使用快速恢復二極管來減少能量損耗,但這會在副邊產生非常尖銳的電壓尖峰,引起振鈴,并可能導致高頻差模噪聲。為解決這個問題,必須采用緩沖電路來減少這些尖峰并確保符合電磁兼容性(EMC)標準和法規。
                                     
                                    總結
                                     
                                    本文介紹了連續導通模式(CCM)和斷續導通模式(DCM)之間的主要區別。表1匯總了這些差異,并概述了前文未提及的差異。
                                     
                                    CCM與DCM的區別
                                    圖1: DCM 與 CCM
                                     
                                    MPS提供了多種可在兩種工作模式下工作的反激變換器,并提供了相關參考設計、工具以及線上研討會,另外還提供技術文章幫助您了解反激變換器設計背后的理論,加快設計和組件選擇過程,并避免電路產生任何意外行為。請參考我們的和,反激解決方案和反激設計工具,以了解更多信息。
                                    來源:MPS
                                     
                                     
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