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[开关电源]

十年珍藏版:开关电源的另类设计方法---电流分段法在设计中的运用

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本帖最后由 andy520520 于 2025-3-20 21:28 编辑

#申请原创#

开关电源工作在CCM  CRM  DCM三种模式下

可以通过电流波形的几何图形来求解电源参数

一般为了简化计算可以通过在CRM模式下求得的电感值Lc再乘以一个因子K(BUCK BOOS 电路 K = 5,  flyback电路 K = 2),
这个K值可以用来确定工作模式, 比喻BUCK 或者 BOOST电路,在最佳经济效益和空间体积下会选择满载下工作在CCM模式,

当负载减小到原来的1/5 , 由CCM模式转到CRM模式,也就是纹波率r = 0.4,所以只要设计一个CRM模式下的电感值Lc , 取 L >= 5 * Lc

就可以满足设计。 一般在flyback 下, L >= 2 * Lc ,也就是满载转半载工作模式由CCM模式转到CRM模式

在开始设计前,先给出一个CRM电流波形和CCM电流波形的分段法求解平均电流Iavg和有效值电流Irms 的方法

CRM模式下,I1 = 0, 图1和图2分别是BUCK BOOST电流和flyback电流波形

图中标识的电流是按归一法给出电流值,flyback 在CCM模式下,  I2 = 3 * I1

BUCK BOOST  CCM 模式下,  Iramp :  Idc = 2 : 5

通过有效值对线圈的线径选型,I2值确定磁饱和电流

通过下面的电流波形很容易就求解电路的参数

下面以BOOST电路为例子求解电感值,这时电感电流为输入电流

Lc =  Vin * Ton / delta IL  

CRM 模式下 I1 = 0 ,  r = 2 ,   delta IL =   2 * Iin  =  2 * Po / Vin  * yita

Lc = Vin^2  *  D   * yita  /  2 * Po  * f  

取  L >= 5 * Lc

yita 为效率, f 开关频率 , Vin 输入电压 , Po 为输出功率

















电流分段法.jpg (131.61 KB )

电流分段法

电流分段法

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沙发
andy520520|  楼主 | 2025-3-20 15:27 | 只看该作者
本帖最后由 andy520520 于 2025-3-20 15:37 编辑

对于flyback 电路, 可以用临界模式下I1 = 0求解出初级电感量

电感取 L >= 2 * Lc ,满载转半载的时候,由CCM模式转到CRM模式,小于半载,转DCM模式

也可以用下面的方程直接求解 L感量

FLYBACK.jpg (32.16 KB )

FLYBACK

FLYBACK

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板凳
andy520520|  楼主 | 2025-3-20 21:07 | 只看该作者
本帖最后由 andy520520 于 2025-3-20 21:16 编辑

下面是一段电流的有效值公式,这个公式可以推广到N段电流,这个公式可以由方均根定义直接计算得出

感兴趣的朋友可以自己推导下,下面公式很容易验证矩形波有效值公式Irms = I * D^0.5

对于两段电流公式可以参照BUCK BOOST求有效值公式


这个些公式很容易理解,为开关电源的设计带来方便



电流有效值.jpg (55.6 KB )

电流有效值.jpg

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