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反激开关电源的工作模式(DCM、CCM、CRM)可以通过开关MOS管Vds波形辨认吗?
阅读: 4240 |  回复: 52 楼层直达

2016/08/15 16:54:11
1
pmw_56
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LV3
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QQ截图20160321155901  【有奖DIY】工程师本色上演 设计征集活动

QQ截图20160321155901 日本之旅(一)回忆感超强的历史,充满期待的未来 你要不要也来看看




反激开关电源的工作模式(DCM、CCM、CRM)可以通过开关MOS管Vds波形辨认吗?今天去一家公司面试,面试官说反激电源的工作模式可以通过开关管MOS的Vds波形看出来,我就纳闷了?变压器的初级线圈是工作在什么模式下是由通过线圈的电流来区分的,电感电流很容易检测到,对地的检测电阻上的波形就是电流波形,是三角波还是梯形波这个很容易用示波器观察的。我觉得漏极对地的波形Vds跟输入电压、电感量、漏感、通过电感的电流、匝比、输出电压,甚至包括电感变压器的几何形状都有关的量,通过这样的一个量去判是DCM 还是CCM是极不严谨的,大家认为呢?
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2016/08/15 17:10:04
2
pmw_56
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LV3
排长
我觉得可以说电感连续CCM还是断续DCM模式判断的唯一标准就是看线圈电流是连续还是断续,声称通过Vds判断的依据是什么呢?影响Vds量太多了怎么判别?
2016/08/15 18:54:14
3
pmw_56
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LV3
排长

自己来顶,反激开关输入的平均电流Iavg = (I1p + I1b ) . Dmax  / 2  ,  I1p 初级线圈的峰值电流, I1b 为梯形波电流上升时的初始电流值,当I1b这个电流为0时,也就是梯形波的这个台阶没有了,线圈上升的电流由0上升到I1p , 这个时候就是DCM了。开关闭合后,Vds为0,开关断开后,Vds = Vi + VL + VO *N  +Vlk(漏感电压) , VL = L * dIL/dt , 在这里如果线圈中有直流电流,电感因子AL 会变小,也就电感会变小,Vds会有一点点变化,这个也是有条件的就是同一款电源, 且变压器相同,所以我是不同意通过Vds来判别线圈的工作模式的,流过线圈的电流才是判别的唯一标准。电源网有没有高手呀,刚刚注册的账号,就为这个

2016/08/15 22:25:16
8
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
Vds = Vi + VL + VO *N  +Vlk(漏感电压)  ,这个等式是错误的,应该是Vds = Vi + VL +Vlk(漏感电压), 这里感应的电压VL =  VO * N  (次边VO输出电压,N匝比) 
2016/08/15 18:56:16
4
pmw_56
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LV3
排长
2016/08/15 21:23:53
5
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令
你要这样去面试的话就挂了。集成mos的芯片外部没有电流采样电阻,没有电流探头的怎么测。我的观点可以通过vds判断电感工作模式。
2016/08/15 21:24:53
6
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令
这个问题不需要高手来解答
2016/08/15 22:22:27
7
pmw_56
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LV3
排长
依据呢?我需要有完整的数学推演,假若我给你一个不是另外的一个电源,功率不同,甚至是控制方式都不同的反激电源,你可以吗?
2016/08/15 22:42:00
9
pmw_56
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LV3
排长

        其实开关电源就是一堆的数学计算公式,通过Vds电压来判断电感线圈是连续还是断续模式不严谨。至于你说不是电流模式控制的开关反激电源,不好测量电感电流,其实也是可以的,次边的上接上负载,通过次边的二级管电流测量就可以搞定,没有道理是通过Vds来判断,影响Vds的参数太多了,你必须把这个放到更多更广的层面去看,这个就想变压器发热,你说是磁饱和一样的道理。

   看了下电源网上的帖子,还有不同的开关电源,其计算推演还是有很大的不同,有很多的推演甚至搞个波形系数出来(这个东东好像我看过国外人写的开关电源书也有这样的推算,但这个肯定不是主流),几年前看过一个日本人写的开关的电源,全是是用数学式子推演的,很浅显的一点微分和积分就可以了,而国内很多搞开关电源还是凭借一些经验公式,这个很不认同。

2016/08/16 00:00:06
10
pmw_56
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LV3
排长

http://wenku.baidu.com/link?url=D7pdmiVqWp258NpznI_dbcaGYq-lupu5sdjbqCXtl_x4m5z8w0q8TkR0q8psOpyA_XCFM3GUYZSLc_oBW8pmvm3RU6kMc4Mknb1_1Bu6zFS  ,这个链接是百度文库上的一篇文章,我觉得写的还还可以的,

我自己也推导了下, I1b =   ( 2PO / D * yita * Vin ) -- ( Vin * D / Lp * f ) ,I1b == 0 时, 梯形波电流台阶消失, I1b > 0 时, 工作在断续模式 , ( yita为效率 , PO为输出功率, 这个式子表明跟Vds 扯不上关系 ,到底是DCM和CCM模式跟这么多的量有关。

2016/08/16 07:50:26
11
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

还是自己顶一把,

” I1b == 0 时, 梯形波电流台阶消失, I1b > 0 时, 工作在断续模式 “ ,这个有误应该是: I1b == 0 时, 梯形波电流台阶消失,由CCM模式转DCM 模式, I1b > 0 时, 由DCM转CCM

上面的公式其实也验证了增大功率时,Ib1 变大, 由DCM转向CCM ;  增大电感Lp , I1b变大, DCM-->CCM ; Vin 变大, I1b 变小 , CCM -->DCM

此推导要把上式变换下,因为Vin ^2变化的,所以Vin 变大, I1b 变小的。

2016/08/16 08:52:22
12
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
我在这里引用了一个非常重要的公式 : Iavg = ( I1b + I1p ) * D / 2  ,    这个是梯形波的平均电流值 , I1b是电流上升过程中的起始电流,这个电流为0,台阶没有了,就是DCM模式了。开关电源里面要明确非常重到的概念,平均电流 Iavg , 有效值电流Irms , 峰值电流Ip ,这些都可以用数学式精确表述的,推导也是非常简单的,熟悉一点点积分和微分知识就搞定了,很多人还是习惯用KRP 什么的波形系数去拟合电流值,不严谨。N年前我也是花4个小时看了一个的日本人写的一本开关电源书,我就明白了开关电源的原理推导,后来就去搞反激开关电源设计了,当然后来不是主要从事开关电源设计,只是工作有用到,反激开关电源真的是too easy 了,其他的开关拓扑也是差不多的了。今天开关电源设计可以用一个软件做成一个设计模板,而且各家公司都有自己的设计软件平台,搞开关电源设计的朋友有没有觉得你的工作会比机器代替? 通过大数据和人工智能技术的发展, 就像今天英语翻译工作,基本可以被机器代替一样
2017/10/10 10:23:01
50
liyk
电源币:138 | 积分:4 主题帖:10 | 回复帖:22
LV3
排长
楼主能不能把  书名发下(日本人写的那个,有电子版最好了)。
2016/08/16 09:19:41
13
电源网-fqd
电源币:5043 | 积分:15066 主题帖:276 | 回复帖:4653
LV11
统帅
楼主~图片都看不到
2016/08/16 09:22:29
14
pmw_56
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LV3
排长
反激开关电源有很多图的,包括各个点的电压波形图,都可以搜到 ,比喻带台阶的梯形波和三角波电流,这些都可以搜到的
2016/08/16 09:35:34
15
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令
**
2016/08/16 09:44:37
16
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
朋友好好学学数学和电路方面的知识,再来讨论
2016/08/16 09:49:04
17
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
I1b =   ( 2PO / D * yita * Vin ) -- ( Vin * D / Lp * f ) ,这个式子没有Vds项,就表明跟它没有关系,只是有些关联,我现在是要找一个共性的东西来判断CCM和DCM工作模式,不是在已知的同一款电源上比较,而是不同功率电源,不同控制方式的,你可以判断吗?
2016/08/16 09:50:05
18
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
这个我在前面就讲的很清楚
2016/08/17 17:24:10
21
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令

引用上贴的(Vds = Vi + VL + VO *N  +Vlk(漏感电压)  ,

这个等式是错误的,应该是Vds = Vi + VL +Vlk(漏感电压), 

这里感应的电压VL =  VO * N  (次边VO输出电压,N匝比)

 感应电压是因为次级绕组及二极管有电流流过才会有感应电压,

VDS是输入电压+感应电压或者叫次级反射电压。

 一旦绕组没有电流流过那不就是断续了此时感应电压也就没有了,

VDS的电压自然就变化了。那不就能判断是断续还是连续了。

2016/08/16 11:16:59
19
suiyi3
电源币:365 | 积分:12 主题帖:7 | 回复帖:152
LV5
营长

关注结果,留个标签号跟踪。我和楼主见解一样,VDS觉得看不出断续还是连续,估计是我道行不够吧。希望高手打通任督二脉!

2016/08/16 12:34:19
20
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

     还是回到Vds =  Vin  +  VL  + VLK   , 又 VL = N * VO  ( VO 为输出电压, VLK 为漏感电压 , VL 为电感在开关关闭时感应电压) , VL 又等于Lp * dIL/

dt  ,也就是 VL = Lp * d IL / dt  , 也就是感应的这个电压VL 为电感量和电流的变化率的乘积。当电感初始电流为0时,也就是梯形波的I1b为0,这个时候是

DCM模式,当I1b > 0 ,就是CCM模式了, 显然I1b为不为0不影响电流的变化率 d IL / dt  ,也不影响峰值电流I1p ,所以也影响不到VL 。

    那怎么通过Vds 来判别DCM模式和CCM模式呢? 从这在里我们也可以看出DCM模式是CCM模式的梯形波电流转到三角波电流的特例了,设计完成后,工作

的模式主要是取决于你是希望在全负载电流工在DCM模式,还是半负载电流又CCM模式-->DCM(这个模式下,你只要将在全负载电流下的临界电感值乘以

2),又或者是1/5负载电流由CCM模式-->DCM模式,到底怎么选择是你设计的要求决定的,同样我前面的那个公式也是适用的,即 I1b =   ( 2PO / D * yita *

Vin ) -- ( Vin * D / Lp * f ) 

2016/08/17 17:28:37
22
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令
实际看下,先测试电感电流梯形波时候的VDS是什么形状,应该是一个矩形波形吧忽略漏感的影响。减小负载到电感电流变为3角波再测试下VDS的波形这时还是矩形波形吗。解释原理。
2016/08/17 17:31:59
23
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令

http://www.dianyuan.com/index.php?do=community_topic_show&id=630875&rc_total=48&rc_start=0

看下这个帖子写的很详细了

2016/08/17 20:55:31
26
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

      Vds =  Vin  +  VL  + VLK    , VLK漏感电压暂且忽略,VL 的值跟是不是梯形,是不是三角波没有关系,VL 就等于 Lp * d IL / d t  ,  跟电流变化的斜率

和电感量有关,跟起始电流没有关系,这个起始电流就是判别工作模式的依据,所以你说的把这个Vds作为判断DCM或者是CCM工作模式的判别标准没有共

性。你如果能把一堆不同的反激电源通过测Vds就很快知道是DCM或者是CCM吗 ?显然这个是不可能的

2016/08/18 15:06:31
30
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令

   Vds =  Vin  +  VL  + VLK    , VLK漏感电压暂且忽略,VL 的值跟是不是梯形,是不是三角波没有关系,VL 就等于 Lp * d IL / d t  ,  跟电流变化的斜率

和电感量有关,跟起始电流没有关系,这个起始电流就是判别工作模式的依据,所以你说的把这个Vds作为判断DCM或者是CCM工作模式的判别标准没有共

性。你如果能把一堆不同的反激电源通过测Vds就很快知道是DCM或者是CCM吗 ?显然这个是不可能的

这个显然是可能的。不信咱试试呗。你来贴个电源VDS波形,大伙来判断,然后全部条件不变在测试电感电流验证判断准确性。为了直观咱先不考虑连续转断续的临界时。

2016/08/17 21:00:31
28
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
这个帖子我浏览了,基本就是以观察来,没有参照的观察你可以判别吗 ? 有没有具体的数学推导呢?
2016/08/17 20:34:33
24
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

           可以把你这个结论扩展到任何一个反激电源吗?还有不知你有没有看到我上面写的那个公式 VL = Lp * IL / dt ,  影响VL的是什么 ? 你根据一个VL 的

值可以判断这个电流波形是梯形波(电流上升的起始电流初值)还是三角波 ? 你要是能根据VL值来判读初始值是 0 (DCM模式)还是有一个台阶的初始

值 > 0 ,就是说明你给出的结论是正确的 ,显然不是。  Vds值影响的东西多了,变压器的几何形状都可以影响到,你又如何把这个Vds值当判别工作模式的

依据 ???

2016/08/17 20:49:59
25
david_wy
电源币:0 | 积分:0 主题帖:1 | 回复帖:36
LV3
排长
电流波形比较明显看出来,但看VDS也是可以看出来的,多测试观察对比。
2016/08/17 20:58:48
27
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

用Vds可不可以作为判断DCM , CCM的共性 ?给你一堆电源,不给参照,你可以吗?我刚才说了,这个变压器的几何形状都可以影响到Vds

2016/08/18 15:08:25
31
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令

回答可以

2016/08/17 21:05:08
29
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

       所有的观察是建立在科学基础上的,要研究一个东西的共性,你不能拿同一类型的东西作参照,即使是你观察得出的结论,你也要用数学去论证它,没

有理论的支持就肯定不行

2016/08/18 15:14:32
32
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令

如你上贴描述

 还是回到Vds =  Vin  +  VL  + VLK   , 又 VL = N * VO  ( VO 为输出电压, VLK 为漏感电压 , VL 为电感在开关关闭时感应电压) , VL 又等于Lp * dIL/

dt  ,也就是 VL = Lp * d IL / dt  , 也就是感应的这个电压VL 为电感量和电流的变化率的乘积。

按这个意思VL即等于输出电压乘匝比又等于初级电感乘以电感电流变化率可以这样理解吧。

2016/08/22 09:08:42
33
suiyi3
电源币:365 | 积分:12 主题帖:7 | 回复帖:152
LV5
营长
多的不说,上图!虽然没有验证过,求真相!

2016/08/22 09:34:01
34
hemily
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:5
LV1
士兵
吃瓜群众啥都不懂,但是测试时确实发现了这样的波形
2016/08/22 12:49:22
35
pmw_56
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LV3
排长

这个我前面的分析确实没有考虑断续模式进入深度的这个状况,前面分析的深度连续(也就是初级的梯形波台阶比较高,I1b 大于0到等于0这段)。当Ton +

Toff  <  Tc   (Tc 为开关频率周期 ) , 次级的最高值I2p 进过Toff 时间回到0,这时初级感应的电压也为0了,这个感应电压刚好是N * VO ( N 倍的输出电压)。

在初级开关管整个关断期间,Vds = VIN + VLK + VL  , VL在下一个周期启动前已经为0了,表现在Vds上的波形上是有一个跌落的一个缺口了 ,通过这个确实

是可以看出工作在DCM模式下的。

2016/08/24 18:31:49
45
zhenxiang
电源币:1199 | 积分:17 主题帖:163 | 回复帖:1529
LV10
司令
可算是说明白来,因为没有VL了VD电压出现了振荡这就是判断的依据。
2016/08/22 13:08:22
36
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

我有时间把这个波形图画出来,在很多书上说初级电感电流台阶消失了就是断续模式,这个也不对,应该是连续到临界模式。我前面就是沿着这个思路去分析的,没有考虑深度断续模式,在负载很轻的情况下,确实是这样的。这个跌落电压一般在90--120V ,这个大多数反激电源的设定的反激电压,在Vds上也不容易辨认,初级电感电流三角波也不能说明是断续模式,应该是次边电流是三角波,也就是I2p ---> I2b = 0 时 ,且在Toff 为0时,下一个周期还没有开启。

即: Ton +  Toff  < Tc  ,这个时候的VL完全为0了。

2016/08/22 13:13:31
37
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
其实这几个模式都是相互转换的,在一个设计好的电源上,负载电流变小,工作模式由CCM ---> CRM ---> DCM ,反之,就倒过来了
2016/08/22 14:04:27
38
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

2016/08/22 14:05:13
39
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长
有时间再把几个典型的波形画出来
2016/08/22 17:16:45
40
shicong
电源币:17 | 积分:9 主题帖:3 | 回复帖:59
LV4
连长
实际操作中是看的出来的,  虽然影响Vds的因素很多,  但在ccm和dcm中Vds的波形差异还是很明显的。在dcm中,开关管关闭期间,即Vds处于高电平时,此时如果次级线圈电流降为为0,初级Vds会出现明显的抖动,在VIN上下抖动, 此时可认为是初级电感和mos漏源寄生电容的衰减LC震荡。
2016/08/22 17:25:03
41
suiyi3
电源币:365 | 积分:12 主题帖:7 | 回复帖:152
LV5
营长

差不多吧,dcm和ccm还是可以从 Vds上看得到的,crm就不知道怎么解。我也上示波器看看实际的波形去。相互讨论我也长知识了~

2016/08/23 12:14:50
42
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

2016/08/23 13:00:34
43
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

上图都是理想化的作图,I1b = 0 , 或者I2b = 0 , I2p 这这个时候只是电流临界连续,还没有到断续模式。 DCM模式下,I2P个峰值电流经过Toff时间变为0,

即 :①.  VO * Toff / Ls   =  I2p  ,    ②. 且 Toff = Tc - Ton - Td  ,     (这里Td > 0 ,Td为I2p 变为0的时间到下一个周期启动的时间间隔,Ls 为次边电感

量) ,满足这两个条件一定就是DCM模式了。那个Vds波形的上有一个缺口,这个缺口刚好是VL电压为0后,叠加在Vin电压上的波形。

2016/08/23 13:36:02
44
pmw_56
电源币:0 | 积分:6 主题帖:3 | 回复帖:8
LV3
排长

这里引用一个一本书上对反激开关电源DCM模式下的电感设计:

Vin * Ton = Vo * N1/N2 * ( 0.8T - Ton )

Ton + Tr = 0.8T ,    (Tr 为次级下降为0的时间,Ton 为开关管最大的开启时间 , Vin为最小输入电压)

Lp = RO * (Vin * Ton )^2  / 2.5 * T  = (Vin * Ton ) ^2 / (2.5 * T * PO  ) ( RO为次边等效的输出阻值,P0为输出功率 )

2016/11/29 21:56:13
49
wbg01
电源币:0 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:1
LV1
士兵
怎么还没出来呢?板凳都快坐穿了
2016/08/25 17:25:47
46
110400621liu
电源币:4 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:37
LV4
连长
这个问题不难回答:看Vds电压的关断波形。1.CCM是电压从Vin+nVo降为0.   2.DCM是Vds关断波形后面会有振荡.  3.CRM 从波谷降为0
2016/08/31 12:06:49
47
dxsmail[版主]
电源币:392 | 积分:15 主题帖:86 | 回复帖:2617
LV11
统帅
从VDS判断极不严谨。。。要知道CCM的,半载和轻载状态也是DCM。。。所以尽量要过载要保护时的波形才能看得出来。。。
2016/08/31 17:33:37
48
110400621liu
电源币:4 | 积分:0 主题帖:4 | 回复帖:37
LV4
连长
CCM,满载工作在CCM。半载工作在DCM。这本来就很正常的事。如果把限流点设置的比较高,工作在DCM的都有可能进入CCM。出于这种模式辨别,只要辨别当时出于什么状态就好。
2017/10/10 10:38:13
51
liyk
电源币:138 | 积分:4 主题帖:10 | 回复帖:22
LV3
排长
对的。
2017/10/19 10:18:38
52
MiloX_2014
电源币:0 | 积分:3 主题帖:0 | 回复帖:3
LV1
士兵
Mark
2017/10/19 12:00:29
53
l669969
电源币:12 | 积分:0 主题帖:0 | 回复帖:13
LV2
班长
我只能说楼主被面试官忽悠了
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