设计反激开关电源时,为何占空比都设计成0.45左右而不是更小?

李倩 发表于 2018-08-10 11:41:18 收藏 已收藏
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设计反激开关电源时,为何占空比都设计成0.45左右而不是更小?

李倩 发表于 2018-08-10 11:41:18

反激占空比更大,效率会更高?

首先反激电源一般设计占空比时,我们一般是小于0.5的,大家都知道如果超过0.5必须要增加斜坡补偿。

那么开关电源在设计反激开关电源时,为何占空比都设计成0.45左右而不是更小?

听得最多的是,占空比越大电源效率会越高,所以大家都是这样来设计的,实际上也是个这样的趋势,为什么?从原理上怎么解释?从公式上又怎样看出?

我们一起来分析一下:

以反激DCM模式为例

首先开关电源中最影响效率的三个关键元器件为

1、mos管

2、变压器

3、输出整流二极管

当然还有其他元器件,但这三个占比是比较大的。

mos管损耗分为:开通损耗、关断损耗、导通损耗、驱动损耗

(DCM状态下开通损耗是忽略不计的)

变压器损耗分为:铁损、铜损

整流二极管损耗分为:导通损耗、反向恢复损耗

跟这些损耗关系最大的参数就是电流:峰值电流、有效值电流。

我们如果能证明占空比越大峰值电流越小,有效值电流也越小的话,基本可以证实我们的标题:反激占空比越大效率越高。

先把公式摆出来:

1、根据能量守恒可得

其中Lp为原边绕组电感量,Ip为原边绕组峰值电流,P为电源功率,T为开关电源的工作周期。

2、电流,电感,电压,时间之间的关系

其中,Vin为输入电压,Ton一个周期开关管的导通时间,D为占空比,Lp为原边绕组电感量,f为开关频率,Ip为峰值电流。

3、把式三代入式一可得到

我们看下式四,其中输入电压Vin是固定的,开关频率f也是固定的,开关电源功率P也是不变的。

所以很容易看出占空比D设计越大时,计算出的原边电感量越大,反之D越小,计算出的原边电感量越小,我们把这个结论叫做结论一。

4、我们再回头把公式一变换一下得到公式五

从公式五可知,Lp越大时峰值电流Ip越小,反之Lp越小时峰值电流越大。再结合结论一可知,占空比D越大峰值电流Ip越小,占空比D越小峰值电流Ip越大,我们把这个结论叫做结论二。

我们再看下反激DCM下的有效值电流

1、反激DCM的有效值电流公式为:

其中Iprms为原边电感有效值电流,Ip为原边电感峰值电流,D为占空比。

有效值电流为何是这个公式?

由于峰值电流IP和占空比D是成反比的,所以单从公式六还是无法得出有效值电流Iprms和占空比D的关系,我们需要根据其他公式把Ip消除才好证明。

我们可以把公式三以及公式四代入公式六可得到

我们看下公式七,P是固定的,Vin是固定的,所以可以得出一个结论三:占空比越大时有效值电流越小,反之占空比越小时有效值电流越大。

总结:

设计DCM反激时通过结论二二结论三

占空比设计越大,峰值电流越小,有效值电流也越小。

占空比设计越小,峰值电流越大,有效值电流也越大。

所以我们一般设计反激电源时一般把最大占空比设计成接近0.5,比如0.45左右效率会比较高。

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