【经验】开关电源中CCM和DCM模式该如何选择?

2018-04-09 世强

在设计开关电源时,每个电源工程师都会考虑一个问题就是如何能够确保电路工作在稳态。顾名思义,稳态就是稳定的工作状态,从本质上讲稳态是失控或者不稳定状态的反义词。但实际上开关周期结束时很容易看到电路可能出现的不稳定状态,即电流回不到周期开始时的初值。在后续每个开关周期内,电流的净增量或净减量会逐步累计,电流状态会持续变化。


Von=L*(△Ion/△ton);

Voff=L*(△Ioff/△toff);

上面的两个方程式就是开关电源在开通和关断两种工作状态下的伏秒平衡公式,有效的电路拓扑都必须满足△Ion=△Ioff=△I,否则将不能满足电路工作于稳态的要求。

 

在反激式开关电源的工作中有三种稳态工作模式,一种是电流在每个开关周期都回复到零,称为断续导通模式(DCM);另一种是电流无论如何变化其值始终大于零,连续导通模式(CCM);以及以上两种模式的临界状态即临界导通模式(BCM),该模式一般不作为标准设计考虑。电路究竟要工作在哪种方式取决于电路本身(拓扑)及工况(输出功率和输入输出电压大小),下面将分析对比CCM和DCM两种工作模式的各自优劣势所在。

 

CCM相对于DCM的优点:

1. 在相同输出功率的情况下,由于CCM的工作电流每周期都没有恢复到零,所以相比较来说,CCM的初级电流峰值更小,同时RMS也相对较小,线路的铜损和MOS的导通损耗比较小;

2. 由于DCM的电流值每周期都会过零点,所以相比较来说,CCM会有更小的电流谐波,EMI也相对偏小;


CCM相对于DCM的缺点:

1. 由于CCM的峰值电流较小,所以相同的功率输出的情况下,需要更大的一次侧电感量才能完成;

2. 由于CCM的传递函数中存在右半平面零点特性,所以需要带宽很窄的误差放大器来达到反馈环路的稳定,电流控制环设计相对复杂。同时这也限制了连续模式在负载变化响应需求较高的场合中的应用。


以上的优劣势分析对比并不是要断定哪种工作模式更好,而是要让大家能够更好的理解在不同需求的情况选择更加合适的工作模式,例如在恒定的负载应用时,CCM则是更好的选择;而在电路空间被限制,需要更小的电感体积时,DCM则是更好的选择。


在此给大家推荐一款世强代理的Power Integrations开关电源芯片LinkSwitch-TN2,该产品系列支持降压式、降压-升压式和反激式变换器拓扑结构。在一个单片IC上集成了一个725 V的功率MOSFET、振荡器、可实现最高轻载效率的开/关控制电路、可提供自供电的高压开关电流源、频率调制、快速(逐周期)电流限制、迟滞热关断以及输出和输入过压保护电路。该系列产品可满足各种工作模式下的电路设计,其高度集成的芯片使得外围电路设计变得非常简洁,即使工作在CCM工作模式下也无需复杂的反馈环路设计。另外,其采用的频率调制技术可以使得电路工作在DCM模式下也可以做到较小的EMI干扰,简化EMI电路设计,是各种高低端电源电路设计及各种工作模式下电路设计的优秀芯片选择。

 

通过以上的介绍相信大家对开关电源的工作模式,以及PI LinkSwitch-TN2系列芯片的优势有了清晰的了解,能够给大家带来帮助的话希望能够点赞收藏,如有问题可以在下面评论区回复交流,也可以咨询世强官方电话400-887-3266。

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  • MangoHoHo Lv7 . 资深专家 2019-01-23
    学习了
  • 可乐2013 Lv3 . 高级工程师 2019-01-22
    很不错的文章
  • 小燕子 Lv7 . 资深专家 2019-01-22
    学习了解一下
  • Timm Lv6 . 高级专家 2019-01-20
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