开关电源电流比率krp的理论意义.doc

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1、开关电源电流比率Krp的理论意义中山市高级技工学校葛中海摘要：本文简述SMPS(SwitchModePowerSupply)的工作原理，着重讲述电流比率的物理意义，以及它对理论分析，电路计算时的应用技巧。关键词：电流比率Krp,DCM模式，CCM模式开关电源具有效率高、体积小、重量轻等显著特点，因此近年来获得了迅猛的发展，而且开关电源集成控制模块的开发应用，使得开关电源的设计、调试简化了许多，所以，在大多数的电子设备(如计算机、电视机、VCD、DVD、DC/DC变换器以及各种控制系统)屮得到了广泛的应用。一、离线反激式开关电源工作原理一般来说对典型的反激式SMPS开关电源，最大占空比应小于

2、50%,因为一旦最大占空比大于50%,开关工作吋将产生寄生谐波，并可能导致系统不稳定。小功率开关电源几乎都采用反激式变换器，特别是近几年，由于解决了电气隔离和热绝缘技术，从而能够把功率开关与控制电路包括反馈电路集成于同一芯片丄，这样大大简化了开关电源的设计，缩短了设计周期；同吋，由于外围所需兀器件很少，极大地提高了系统工作的稳定性与可靠性，广泛用于50W以下的开关电源。其原理如图1所示。/5T半电源接通时，电源输入首先经过整流，然后滤波，接下来经过变压器初级和开关管，以及初级控制器。当开关管导通吋，电床施加在变床器初级的两端，此时，初级极性“丄正下负”，次级极性“上负下正”，次级整流二极管

3、反偏截止。流过初级线圈的电流逐渐上升，磁通量逐渐增大，能量储存在初级线圈。当开关断开吋，初级线圈极性反转“上负下正”，次级线圈极性“上正下负”，初级线圈储存的电磁能耦合给次级，次级二极管导通，磁通量逐渐减小，次级输出所需工作电压，同时次级反馈信号给控制器，这个控制器根据反馈信号来改变功率管开关的占空比,以调节稳定输出电圧。所有的离线式开关屯源具有良好的保护功能，得益于控制器具有的过载保护、过压保护、过流保护、欠压保护和过热保护特性。二、开关电源工作模式与电流平均值离线反激式开关电源根据变床器设计参数的不同和负载变化，可以工作于DCM（DiscontinuousCurrentMode）模式，

4、也可以工作于CCM（ContinuousCurrentMode）（若希望俗到工作方式联换和电子数的进一步说明，JUPowerIntegration1996-97数据乎册和设计指南上的AN16和AN17）。下而两图显示了两种模式下初、级电压和电流波形。PlI*…/l….MA/V^JI010Time(iis)OOVOV2VVVV10010208oa>200V500mA

5、is)5AmOOA20DiscontinuousCurrentMode（DCM）ContinuousCurrentMode（CCM）DCM模式下，初级线圈电流在功率管

6、开始导通时从零逐渐丄升到功率管截止前的最大值；次级线圈电流在功率管开始截止后的最大值逐渐下降到零。而CCM模式下，初级线圈电流在功率管开始导通时从某一个值（不是零）逐渐上升到功率管截止前的最大值；次级线圈电流在功率管开始截止后的最大值逐渐下降到功率管再次导通时的某一•个值（不是零）。理论推导可知：同样的输入Vmin（最低脉动直流电床）条件下，如果输出功率相同，则无论是工作于DCM或是CCM,其平均电流一定是相同的（假设它们的效率相等）。功率管在不连续电流工作模式（DCM）和连续电流工作模式（CCM）波形图简化如下：在这两种情况下，其输入电流平均值和电流峰值之间有以下关系（设输入电流平均皿电

7、流峰值为Ip,最大占空比为£>max发生在输入电压最小Vmin）：由丁/加=Ip•Dmax/2,因此，可以这样理解：输入电流平均值加可以等效为DCM模式（左图）的三角形的“而积”,在一个周期内的平均值：Un=x丄（注Dmax=T（m/T）o也等效为CCM模式（右图）2T的梯形“面积”，在一个周期的平均值：Un=（/l+//?2）-—x丄，即图A的“面积”与图B2T图的“面积”相等。因此，炉1二巾2+/1,由虚线分割的以。点为公共点的两个三角形“全等”。三、开关电源工作模式与电流有效值I.变压器初级绕组设计变床器时，线径的粗细不是以电流平均值为参考，而是以电流有效值为依据。可以想象：如果绕组

8、用的漆包线太细，则电阻过大，热损耗大。因此，漆包线的粗细指标由其电流密度Jd决定。电流密度Jd定义为单位截面积通过的有效值电流（A/nw?）。根据周围环境最高温度情况和效率要求的不同，在大多数应用屮，功率耗散可接受的电流密度，Jd=4〜8A/mn?,再根据电流有效值与电流密度Jd求解各绕组所需的线径。★下面就来求解变压器初级绕组的电流有效值。参考右图（CCM模式，下面会看到DCM只是CCM的特殊形式）。设初级绕组电流对时