Buck電路中的CCM和

1、Buck電路中的CCMF口DCM降壓電路是一種基本的DC/D3換器。隨著IPM驅(qū)動和MC聯(lián)電、LED照明驅(qū)動、繼電器和交流開關(guān)供電等小功率、直接從母線電壓供電的應(yīng)用場合越來越多，而目前的大部分DC/DC變換器輸入電壓一般在50V以內(nèi)，一種高壓的降壓型斬波變換器被研究和使用得越來越廣泛?？紤]到降壓電路構(gòu)成簡單、成本較低，因此這種變換器具有良好的市場前景。本文對其原理和高壓降壓電路應(yīng)用設(shè)計進行了詳細地闡述。降壓電路拓撲分析圖1是降壓拓撲的電路圖。當(dāng)t=0時驅(qū)動S導(dǎo)通，電源Uin向負載供電，電感電流iL線性上升。當(dāng)t=ton時控制S關(guān)斷，二極管VD續(xù)流，電感電流呈線性下降。圖1:降壓拓撲電路圖根據(jù)電

2、感電流是否連續(xù)，可分為連續(xù)電流模式（CCM>不連續(xù)電流模式（DCM和臨界電流模式（BCM或CRM£TM）。通常用接較大電感L使負載電流連續(xù)且紋波小。但是小功率SMP5為了減小噪聲以及損耗，通常選定電感電流不連續(xù)模式（DCM>CCMF口DCMF的各參數(shù)波形如圖2所示。圖2: CC防口 DCMF主要參數(shù)波形1. BCM和CCM設(shè)IL為iL的平均值，iL是iL的紋波值。則在BCMffiCCMK式下:k>=IL穩(wěn)態(tài)時：Iq=Uo/RIL二工化XIs/Is-AiL/2乂匚口/LMkD,aJL=fLm-Uo)xiDkIV/LIL>3L/2Wx從(3)和(4)得:二J R

3、xTs：> -IV?:DxTs)/(2xJxirin)從(1)、(2)和(5)得：在CCMF,(5)取>號在BCMF,(5)取等號，=>L=R*Ts*(1-D)/22. DCM設(shè)圖2中t1處iL=0,且a=(t1-ton)/Ts=t1/Ts-D。則穩(wěn)態(tài)時L上電壓開關(guān)周期平均值為0:Ii.n-lOlxTsXD=lIrtX'I'sKa'iC在開關(guān)周期內(nèi)電流平均值為0：iL 的平均值：IL=AiL*(D+a)/2< iL/2Load電流：Io=Uo/R=> Uo/Um二.qn l+xK J /(2x K)LL-Lj - = >iiLx iD

4、 + cX /2=r(»/R根據(jù)、(8)和(4)得：*(Uin-Uo)/L*D*Ts*Uin*D/Uo=Uo/R=二'>1_.<)/1八門二sqrt(l+4xKj-1/(2xKp且：K=2*L/(D2*Ts*R)=2/(D2*x),x=Ts*R/L,y=Uo/UinUnLT=R/_圖3:各模式下Uo/Uin的比值變化圖降壓仿真使用SAC砥件對降壓電路進行仿真。若輸出電壓Uo=15V輸入電壓Uin=220V,則選取驅(qū)動脈沖P1占空比D=Uo/Uin=15/310=。選取R=7浚，則輸出電流Iout=15/75=。取頻率為f=100kHz,按照臨界電感電流模式(CRM

5、來設(shè)計，L=R*T*(1-D)/2=75Q*/(2*100kHz尸。相應(yīng)的電路和波形如圖4所示。波形從上而下分為：Vdc1,Vds(SW),VR1IL1和ID1。CONTROL PXQWvh1 Ui RM4 LI I -*_ X圖4:降壓拓撲電路仿真圖實現(xiàn)降壓電路的控制器A635x1.A635x方框圖STR-A635x系列是內(nèi)置功率MOSFET控制器的Flyback型開關(guān)電源用厚膜集成電路。A635x為PRCX作方式，采用DIP-8封裝，最適于小功率電源。由于所需外接器件很少，電路設(shè)計簡g,因此容易實現(xiàn)電源的小型化和標(biāo)準(zhǔn)化。注：PRC為PulseRatioControl（關(guān)斷時間一定的導(dǎo)通脈沖

6、寬度控制）的縮寫。&VinHp圖5:A635x的方框圖。A635x特點: 小型DIP-8絕緣封裝，適合于低背、小容量開關(guān)電源。 使用OnChipTrimming技術(shù)，振蕩器內(nèi)置于控制器MIC中 控制器內(nèi)部的比較器使用了溫度補償，溫度漂移小。 電源啟動前控制器的工作電流小（50Amax> 內(nèi)置有源低通濾波器，使電源在輕負載時能穩(wěn)定工作。使用高耐RMOSFE怫證MOSFET雪崩能量: 由于保證MOSFET雪崩能量，因此可以簡化浪涌吸收電路的設(shè)計 可免除Vdss的余量設(shè)計 內(nèi)置MOSFET定電壓驅(qū)動電路 豐富的保護功能 過電流保護（OCP）:逐個脈沖方式 過電壓保護（OVP）:鎖定方式

7、 過熱保護（TSD）:鎖定方式A635x的方框圖如圖5所示。2.PRC控制定電壓控制是以固定MOSFETOFF時間（P15psec）、調(diào)節(jié)ON時間的PRCX作方式進行。該工作方式為prCt式。圖6:PRC定電壓控制動作電路圖輸出電壓的定電壓控制是由光耦的反饋電流實現(xiàn)的。當(dāng)VR5電壓（ID的峰值）+VR4電壓（FB電流）之和達到反轉(zhuǎn)閾值時MOSFET斷。故A63系列為電流控制方式。一般的，在電流控制方式下輕載時VR4的電壓較大（由于光耦的反饋量較大），MOSFET通時的浪涌電流產(chǎn)生的噪聲易使誤動作。A63系列為了防止這種現(xiàn)象，在MOSFET斷期間使用一個A-LPF降低OCP/F叫子與GND句的阻

8、抗。這是一個的定電流電路，在MOSFET通前，流入OCP/FB勺定電流降低反饋電流產(chǎn)生的偏置電壓，使電源能在輕載時穩(wěn)定工作。與ST的Viper12相比，兩者的反饋方式和開關(guān)電流設(shè)置等特點如表1所示。表1:ST與VipeU2對比表。應(yīng)用實例1 .參數(shù)選擇二（2乂/電感Lp:在PWM）作模式下，電感選擇可依據(jù)：其中：Po為輸出功率，Idp為開關(guān)電流峰值，fsw為開關(guān)頻率在PRCM乍模式下，并且處于電感電流臨界模式時，A6=-l-x/?x7'x（|/?）式中：R是負載電阻，T是開關(guān)周期。計算例=90V時，Idp=,Po=,fsw=(根據(jù)節(jié)動作波形)。于是,LpW(2Po)/(Idp2*fsw

9、)=2*2*=mH。若要計算臨界電感電流模式(BCM)T的電感值，可根據(jù)(2)式：Lb=*(Uo/Io)*Toff=*(15V/*15ps=。由于現(xiàn)在采用的電感Lp=輸入電容Cin：(Pout*Uindc)上式中：i是放電電流，”是效率，為輸入電壓的紋波值，t是電容向負載釋放電流的期間，T是整流周期，t由下式計算：x ar<si«:I m minUpflk,其中Uinmin與Upeak分別為輸入交流 Uin的最小、最大值。計算實例=90V是條件最苛刻的狀態(tài)，按此電壓計算，Upeak=90*=Uinmin=90*=,全波整流下T=10ms所以，t=10ms*+arcsin/2兀)

10、=10ms*+=ms。取效率”二,則：Cin=*/*F本實驗中，輸入電容的值取為22pF/400V。輸出電容Cout:9尸T；XUo“、Cout=入：-rXI-/Jj式中：4Uo是輸出紋波電壓，D是占空比，L是輸出電感值，Ts為開關(guān)周期。計算實例Ton=Lp*(Idp/=*V=ns,T=Ton+=+18=仙s。T=ps,D=Ton/T=%Uo=15V*1%=貝U:Cout=s)2*15V/(8*%尸F(xiàn)。本實驗中，輸出電容的值取為10pF/35V取即可滿足要求。2 .應(yīng)用電路圖基于上述計算，主要參數(shù)選取為：電感為，續(xù)流二極管為RL3A輸出電容400V/22pF,輸出電容35V/10pF,OCPf

11、t阻Rocp=Q,啟動電阻1MQ。反饋電路的參數(shù)為14A的穩(wěn)壓二極管和1kQ的電阻。A635x構(gòu)成降壓應(yīng)用電路，詳細請參考圖7。l27J7*Vik鼻THO.nV NJLV訊卜TM ARifl A圖7:A635x構(gòu)成降壓應(yīng)用電路3.實驗結(jié)果與討論1.效率：見表2Vin.ac(V)Vout(V)/lout(nA)Pin<r)Eff,W.90U.6100.'L70.-*8Os9G160.14.9,100.1.90p7S.k22k須，15,2.100.】.q，1QQ/2.阻4日二.S表2:典型輸入電壓下電源效率。2.輸出靜態(tài)性能：見表3I(HitVoui(V)(mA)(aVin.ac=9

12、UVain.acwl10V'aVin.ac22in'“3rLiM：=26S'016.4016.6916.9017J05014.93產(chǎn)2%157015.97WO14,6014-9015,2015.501511M1514.451屯7014.9118013.94142614.5314J620013.8514J3144014.63表3:輸出靜態(tài)性能。3.動作波形實驗條件：=90V（除非特別指出），Load=15V/。波形如圖8所示A M $ ¥ ni.tv，；*，2 tteiAr T .巾 e閨Idy-11色料-5 工 2kE H皿 11/- uTMw A n. / jjjmAl« HPIB. J) 14黑史?CH 3-1也動涔電等員霰蝮踮時XMg虹、一圖8:動作波形實驗結(jié)果分析圖本文小結(jié)STR-A635X構(gòu)成的降