CCM反激式转换器设计的电源小贴士
2025-06-19 11:14:16
晨欣小编
反激式变换器是一种隔离型DC-DC变换器,其基本构成包括:输入电压源、功率开关器件(如MOSFET)、变压器、整流二极管、输出电容等。在CCM工作模式下,变压器初级电感电流在整个开关周期内始终大于零,意味着能量传递具有更连续的特性。
与DCM(Discontinuous Conduction Mode)相比,CCM主要具备以下特性:
更低的峰值电流,减少EMI干扰;
输出纹波电流更平稳,适合负载变化大的场合;
控制环路更复杂,对环路补偿要求更高。
在设计CCM反激电源时,以下几个参数必须重点关注:
变压器是反激拓扑的核心元件。CCM状态下,初级电流连续,意味着磁芯不允许进入深度退磁状态。设计时需考虑:
磁芯材质:建议选择低损耗铁氧体材料(如PC40、N87);
初级电感值:影响占空比与电流波形,需根据最大负载、电压转换比计算;
气隙设计:避免磁饱和,维持能量存储;
漏感控制:影响开关尖峰和效率,可通过紧耦合绕组降低。
CCM下MOSFET承受电压和电流应力需详细计算:
漏极最大电压 = Vin_max + Vout × Np/Ns + ΔVspike
导通电流 = 平均电流 + ΔI/2
建议选择:
RDS(on)低的器件,降低导通损耗;
具备较高dv/dt耐受能力的型号;
考虑硬开通产生的开关损耗,必要时加入缓冲网络。
对于CCM模式下的整流二极管,要求其具备:
足够的反向耐压;
快速的反向恢复时间(trr);
低的正向压降(VF),以降低损耗。
推荐使用快恢复二极管(FRD)或肖特基二极管(SR),尤其在高频工作场合。
电容大小决定输出纹波与动态响应,设计时应保证:
耐压值 > 输出电压20%以上;
低ESR,以减小纹波电压;
高频电容搭配钽电容或陶瓷电容,提高整体滤波能力。
由于CCM反激电源具有右半平面零点(Right Half Plane Zero, RHPZ),在控制补偿上需要特别注意:
增益交叉频率应小于RHPZ频率的1/5;
使用Type II或Type III补偿网络可提高系统相位裕度;
推荐采用**电压模式控制(VMC)或电流模式控制(CMC)**结合补偿器设计;
利用开环与闭环Bode图分析确保系统稳定性。
原因:变压器漏感引起电压尖峰。
解决方案:
加入RCD吸收电路;
优化变压器绕组布局,减小漏感;
使用主动钳位技术(如ZVT)。
原因:CCM工作电流连续,容易激发高频噪声。
使用π型输入滤波器;
加屏蔽变压器;
调整PCB布线,减少高dv/dt路径的耦合面积。
原因:开关损耗和整流损耗较大。
选择低导通电阻MOSFET;
优化开关频率与变压器设计;
使用**同步整流技术(SR)**提升效率。
原因:控制环路带宽不足或补偿参数不合理。
增大补偿器增益;
精确调整零极点位置;
实施负载前馈技术改善动态响应。
良好的PCB布局是确保CCM反激电源性能的基础:
高电流路径采用粗铜线并最小化回路面积;
开关节点远离控制电路,减少干扰;
热源(如MOSFET、整流器)应靠近边缘散热区域;
加散热片或使用铜箔倒角设计提高热传导能力。
类别
设计建议
变压器
合理设置气隙、减小漏感、选好磁芯
开关器件
降低RDS(on),考虑dv/dt应力
整流部分
使用快速或肖特基二极管降低损耗
控制环路
避免RHPZ影响,保持足够的相位裕度
EMI控制
加屏蔽、滤波与合理布局
效率优化
同步整流、频率优化、热管理
在日益紧凑的电源应用场景下,掌握CCM反激式转换器的设计要点,对于提升电源效率、稳定性和可靠性具有重要意义。通过精细的磁件设计、合理的器件选型与严谨的控制策略,设计人员可以打造性能优异、成本可控的反激式电源产品。
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