解析開(kāi)關(guān)電源各種波形的由來(lái)-開(kāi)關(guān)電源波形圖文分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2019-09-09
本文主要講開(kāi)關(guān)電源各種波形的由來(lái)。開(kāi)關(guān)模式電源（Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱(chēng)SMPS），又稱(chēng)交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個(gè)位準的電壓，透過(guò)不同形式的架構轉換為用戶(hù)端所需求的電壓或電流。開(kāi)關(guān)電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個(gè)人電腦，而開(kāi)關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉換。
1） CCM和DCM模式判斷依據
CCM和DCM的判斷，不是按照初級電流是否連續來(lái)判斷的。而是根據初、次級的電流合成來(lái)判斷的。只要初、次級電流不同是為零，就是CCM模式。而如果存在初、次級電流同時(shí)為零的狀態(tài)，就是DCM模式。介于二者之間的就是BCM模式。
2） 兩種模式在波形上的區別
a. 變壓器初級電流，CCM模式是梯形波，而DCM模式是三角波。
b. 次級整流管電流波形，CCM模式是梯形波，DCM模式是三角波。
c. MOS的Vds波形，CCM模式，在下一個(gè)周期開(kāi)通前，Vds一直維持在Vin+Vf的平臺上。而DCM模式，在下一個(gè)周期開(kāi)通前，Vds會(huì )從Vin+Vf這個(gè)平臺降下來(lái)發(fā)生阻尼振蕩。（Vf次級反射到原邊電壓） 。因此我們就可以很容易從波形上看出來(lái)反激電源是工作在CCM還是DCM狀態(tài)。
在MOS關(guān)斷的時(shí)候，Vds的波形顯示，MOS上的電壓遠超過(guò)Vin+Vf！這是因為變壓器的初級有漏感。漏感的能量是不會(huì )通過(guò)磁芯耦合到次級的。那么MOS關(guān)斷過(guò)程中，漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，這個(gè)感應電動(dòng)勢因為無(wú)法被次級耦合而箝位，電壓會(huì )沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞，所以我們在初級側加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路，把漏感能量先儲存在電容里，然后通過(guò)R消耗掉。
當次級電感電流降到了零，這意味著(zhù)磁芯中的能量已經(jīng)完全釋放了。那么因為二管電流降到了零，二極管也就自動(dòng)截止了，次級相當于開(kāi)路狀態(tài)，輸出電壓不再反射回初級了。由于此時(shí)MOS的Vds電壓高于輸入電壓，所以在電壓差的作用下，MOS的結電容和初級電感發(fā)生諧振。諧振電流給MOS的結電容放電。Vds電壓開(kāi)始下降，經(jīng)過(guò)1/4之一個(gè)諧振周期后又開(kāi)始上升。由于RCD箝位電路以及其它寄生電阻的存在，這個(gè)振蕩是個(gè)阻尼振蕩，幅度越來(lái)越小。
f1比f(wàn)2大很多（從波形上可以看出），這是由于漏感一般相對較??；同時(shí)由于f1所在回路阻抗比較小，諧振電流較大，所以能夠很快消耗在等效電阻上，這也就是為什么f1所在回路很快就諧振結束的原因?。ň唧w諧振時(shí)間可以通過(guò)等效模型求解二次微分方程估算）
1） CCM（Vds，Ip）
2）其他一些波形分析（次級輸出電壓Vs，Is, Vds）
不管是在CCM模式還是DCM模式，在mosfet開(kāi)通on時(shí)刻，變壓器副邊都有震蕩。主要原因是初次級之間的漏感+輸出肖特基（或快恢復）結電容+輸出電容諧振引起，在CCM模式下與肖特基的反向恢復電流也一些關(guān)系。故一般在輸出肖特基上并聯(lián)一個(gè)RC來(lái)吸收，使肖特基應力減小。
不管是在CCM模式還是DCM模式，在mosfet關(guān)斷off時(shí)刻，變壓器副邊電流Is波形都有一些震蕩。主要原因是次級電感+肖特基接電容+輸出電容之間的諧振造成的。
3）RCD吸收電路對Vds的影響
在MOS關(guān)斷的時(shí)候，Vds的波形顯示，MOS上的電壓遠超過(guò)Vin+Vf！這是因為，變壓器的初級有漏感。漏感的能量是不會(huì )通過(guò)磁芯耦合到次級的。那么MOS關(guān)斷過(guò)程中，漏感電流也是不能突變的。漏感的電流變化也會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，這個(gè)感應電動(dòng)勢因為無(wú)法被次級耦合而箝位，電壓會(huì )沖的很高。那么為了避免MOS被電壓擊穿而損壞，所以我們在初級側加了一個(gè)RCD吸收緩沖電路，把漏感能量先儲存在電容里，然后通過(guò)R消耗掉。
4）Vgs波形
為使mosfet在開(kāi)通時(shí)間的上升沿比較陡，進(jìn)而提高效率。在布線(xiàn)時(shí)驅動(dòng)信號盡量通過(guò)雙線(xiàn)接到mosfet的G、S端，同時(shí)連接盡量短些。
1）盡量使反激電路最大工作占空比小于50%，若要使占空比工作在大于50%，為避免次諧波震蕩，需加上斜率補償，此外還需注意變壓器能否磁復位。由于mosfet導通和關(guān)斷需要一定的時(shí)間，同一批次的變壓器單體之間也有差異，建議反激最大工作占空比小于45%。
2）反激的功率地和控制地的連接須注意單點(diǎn)接地，特別是在哪個(gè)地方進(jìn)行單點(diǎn)接地需慎重。為有效地吸收地噪聲（mosfet的開(kāi)通和關(guān)斷），輸入電容的一個(gè)腳盡量靠近共地點(diǎn)。
3）由于電壓外環(huán)的PID輸出與電流內環(huán)進(jìn)行比較來(lái)決定占空比，事實(shí)上PID的輸出不是一條絕對直線(xiàn)，它是在直流的基礎上疊加了一個(gè)低頻分量，為保證輸出穩定，在設計時(shí)需使內環(huán)帶寬比外環(huán)帶寬大于10倍以上。
上述波形一般在開(kāi)始調環(huán)路或者在輸入VIN比較高時(shí)經(jīng)常會(huì )出現，主要原因是外環(huán)的帶寬太快了，為使系統穩定，需減小帶寬，一般可通過(guò)減小比例P或者增大積分C來(lái)解決。
開(kāi)關(guān)電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。
1、主電路
沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側的沖擊電流。
輸入濾波器：其作用是過(guò)濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。
整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。
逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分。
輸出整流與濾波：根據負載需要，提供穩定可靠的直流電源。
2、控制電路
一方面從輸出端取樣，與設定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩定，另一方面，根據測試電路提供的數據，經(jīng)保護電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護措施。
3、檢測電路
提供保護電路中正在運行中各種參數和各種儀表數據。
4、輔助電源
實(shí)現電源的軟件（遠程）啟動(dòng)，為保護電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。
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