开关电源工作模式问题解答
1、开关电源有哪两种工作模式?
开关电源有两种基本工作模式:一种是连续模式CUM(Continuous Mode),另一种是不连续模式DUM(Discontinuous Mode)。
2、连续模式和不连续模式各有什么特点?
连续模式的特点是高频变压器在每个开关周期,都是从非零的能量储存状态开始的。不连续模式的特点是,储存在高频变压器中的能量在每个开关周期内都要完全释放掉。由图2-3-1所示开关电流波形上可以看出二者的区别。连续模式的开关电流先从一定幅度开始,沿斜坡上升到峰值,然后又迅速回零。此时,一次绕组的脉动电流(IR)与峰值电流(IP)的比例系数KRP<1.0,即IR=KRP IP<IP。
图2-3-1 开关电流的波形
(a)连续模式;(b)不连续模式
3、如何设定连续模式和不连续模式?
利用IR与IP的比例关系,亦即KRP的数值,可以定量地描述开关电源的工作模式。KRP的取值范围是0~1.0。若取IR=IP,即KRP=1.0,就将开关电源设定在不连续模式。当IR<IP,即KRP<1.0时,开关电源就被设定为连续模式。具体讲,这又分两种情况:①当0<IR<IP,即0<KRP<1.0时处于连续模式;②理想情况下,IR=0,KRP=0,表示处于绝对连续模式,或称作极端连续模式,此时一次绕组的电感量LP→∞,而一次侧开关电流呈矩形波。
实际上在连续模式与不连续模式之间并无严格界限,而是存在一个过渡过程。对于给定的交流输入范围,KRP值较小,就意味着更为连续的工作模式和相对较大的一次绕组电感量,并且一次侧的IP和IRMS值较小,此时可选用较小功率的单片开关电源和较大尺寸的高频变压器来实现优化设计。反之,KRP值较大,就表示连续程度较差,一次绕组的电感量较小,而IP和一次侧有效值电流IRMS较大,此时须采用较大功率的单片开关电源,配尺寸较小的高频变压器。
综上所述,选择KRP值就能设定开关电源的工作模式。设定过程为:LP↑→(IR<IP)→(KRP<1.0)→连续模式。
对于100V/115V交流电源,KRP=0.4~1.0为宜。对于85~265V宽范围输入或230V固定输入的交流电源,KRP=0.6~1.0比较合适。
4、同一开关电源工作在连续模式、不连续模式时哪种一次侧的损耗较大?
通过分别比较一次绕组的峰值电流IP、有效值电流IRMS的大小,可对两种工作模式下的开关电源一次侧的损耗加以比较。IP、IRMS的计算公式分别为
分析可知,选择不连续模式(KRP=1.0)时,IP和IRMS为最大值;选择连续模式(KRP<1.0)时,IP和IRMS的数值较小。这表明在同样条件下,采用连续模式可比不连续模式降低一次侧的损耗(含功率开关管的导通损耗、高频变压器的损耗)。此外,设计成连续模式时,一次侧电路中的交流成分要比不连续模式低,还能减小高频变压器绕组的集肤效应及磁心损耗。