一、引言

在现代电源管理系统中，反激式转换器（Flyback Converter）因其结构简单、隔离特性好而被广泛应用于小功率AC/DC和DC/DC转换场景中。而在轻负载或低功率输出场景中，**不连续导通模式（DCM）**的反激式拓扑更是表现出优异的控制精度和高效率。德州仪器（Texas Instruments, TI）作为全球领先的模拟和嵌入式芯片供应商，为DCM反激式设计提供了全面的解决方案和丰富的器件支持。

本文将从原理分析、核心器件选型、关键参数设计、TI推荐方案等方面，全方位解析DCM反激式转换器的设计思路。

二、什么是DCM反激式转换器？

2.1 反激式拓扑简介

反激式拓扑是一种基于变压器储能的隔离型电源结构，其基本构成包括：主开关MOSFET、变压器、整流与滤波电路。其主要优势包括：

• 输入输出隔离

• 简化控制方式

• 支持宽输入电压范围

2.2 DCM 工作原理

DCM（Discontinuous Conduction Mode）指的是每个开关周期内，变压器副边电流完全降为零后才开启下一周期。与之相对的是CCM（Continuous Conduction Mode，连续导通模式）。

DCM具有以下特点：

• 次级整流器处于零电流关断，开关损耗小

• 无需电流连续性控制，适合电压模式控制

• 电感/变压器设计更小型化

• 抗环路震荡性强，控制环路稳定

适合低功率、高精度电源需求，如LED驱动器、待机电源、USB适配器等。

三、DCM反激式转换器的关键设计参数

3.1 设计输入参数

1. 输入电压范围（Vin_min, Vin_max）

2. 输出电压与电流（Vout, Iout）

3. 工作频率（fsw）

4. 效率要求（η）

5. 输出纹波要求

3.2 变压器设计要点

变压器是反激式设计的核心，DCM模式下：

• 峰值电流更大，因此要关注磁饱和问题

• 空载与轻载下，磁通复位完全

• 初级/次级绕组比（Nps）需根据电压与负载动态范围优化

变压器设计需遵循以下步骤：

• 选择磁芯（EE13、EE16等，视功率而定）

• 计算最大峰值电流$I_{p(peak)}$Ip(peak)

• 计算储能$E = \frac{1}{2} L_p I_{p(peak)}^2$E=21LpIp(peak)2

• 确保在每周期内能完成磁通复位

3.3 主开关MOSFET选型

MOSFET需具备：

• 足够的耐压裕量（Vds ≥ Vin_max + Vspike）

• 足够的Idsat和低Rds(on)降低导通损耗

• 快速开关特性

TI 推荐使用 NexFET™ 系列，例如 CSD19536KTT 等高效MOSFET。

3.4 整流器选型

DCM 下整流器导通时间短，但峰值电流大，因此需使用：

• 快速恢复二极管（如 UF4007）

• 或肖特基二极管（效率更高但耐压低）

四、TI推荐的DCM反激式控制器

TI 提供丰富的反激控制器和集成电源芯片，适用于DCM设计。主要包括：

4.1 UCC28704/UCC28740

• 专为DCM优化，支持峰值电流模式控制

• 集成 HV 启动电路

• 自适应开关频率，有效控制输出电压和功率

4.2 UCC28910

• 高度集成的 AC-DC 控制器

• 集成了MOSFET、HV启动和保护电路

• 适用于5W~10W 低功率隔离电源

4.3 PMP 和 WEBENCH 设计工具

TI 提供基于其控制器的完整参考设计：

• PMP10200：基于 UCC28740 的 5V/2A USB适配器设计

• WEBENCH Power Designer：输入输出参数后可自动生成原理图、BOM与仿真数据

五、DCM反激式设计中的EMI与保护设计

5.1 EMI设计建议

DCM 模式开关电流突变较大，需注意 EMI 抑制：

• 输入端加π型滤波器

• 使用贴片磁珠和Y电容进行共模干扰控制

• 合理布局回流路径，降低di/dt区域电感耦合

5.2 常见保护机制

TI 控制器通常内建以下保护机制：

• 过压保护（OVP）

• 欠压锁定（UVLO）

• 过流保护（OCP）

• 过温关断（OTP）

推荐在硬件电路中进一步增加 TVS、保险丝、热敏电阻等保护措施，提升整机可靠性。

六、实用设计案例分析

案例：使用 UCC28704 设计 12V/1.5A DC电源

1. 利用TI WEBENCH生成初步设计

2. 使用EE16磁芯设计变压器，匝比约为4:1

3. 选择600V耐压MOSFET和30V/3A肖特基整流器

4. PCB注意初次级间的隔离槽与走线宽度

该设计适用于家用网关、路由器、LED灯具电源等场景。

七、结语：DCM反激式设计的优势与发展趋势

DCM反激式转换器因其控制简单、效率高、动态响应好而在小功率隔离电源中占据重要地位。TI在该领域提供了完善的控制芯片、参考设计和开发工具，助力工程师快速实现高可靠性的设计。

随着数字电源控制和高频GaN器件的发展，未来DCM反激式拓扑将更加智能化、高效化，持续服务于IoT、家电、工业控制等广泛领域。