前言

　　目前，系統(tǒng)中的開關(guān)電源具有兩種不同的工作模式，當電源處于導(dǎo)通狀態(tài)的時候，可以用不同的模式來描述環(huán)繞在電源扼流圈中的電流。本文以FLYBACK拓撲結(jié)構(gòu)為例，按照其工作原理，可能工作在兩種不同的模式，但這兩種模式具有相同的功率容量，則對應(yīng)這兩種不同的導(dǎo)通模式，在直流和交流情況下會有非常大的差別，而且組成電源的元器件會受不同程度的影響。根據(jù)眾多實驗結(jié)果的分析，可以看出眾多的離線式電源系統(tǒng)，為了提高系統(tǒng)的可靠性，降低對元器件等級的要求，一般都工作在非連續(xù)區(qū)域。

　　本文將首先介紹臨界模式控制原理，在分析兩種模式工作特點的基礎(chǔ)上，提出臨界模式控制的概念，并通過不同模式零、極點的分析，得出針對FLYBACK結(jié)構(gòu)調(diào)整臨界模式的方案，提出整體電路系統(tǒng)設(shè)計，并給出模擬仿真結(jié)果。

　　臨界模式控制原理

　　圖1(a)和(b)示出幾個周期內(nèi)轉(zhuǎn)換器線圈中流過電流的波形示意圖，從圖中可以看出，當處于導(dǎo)通狀態(tài)的時候，在電感中建立起來磁場，電流快速上升；而當關(guān)斷后，電感磁場快速下降，根據(jù)洛侖茲定律，在電感中建立起反向電動勢，在這種情況下，電流為了保持其電流連續(xù)性，必須找到其相應(yīng)通路，并且電流開始減小，例如，在拓撲結(jié)構(gòu)為FLYBACK的情況下，可以通過輸出網(wǎng)絡(luò)維持其電流，而在BUCK拓撲結(jié)構(gòu)下，則通過續(xù)流二極管維持其電流。

　　如果在電流下降的周期內(nèi)，在電流減至零之前，電路再次導(dǎo)通的話，如圖1(a)所示，稱為“連續(xù)導(dǎo)通模式”（CCM）。而如果當關(guān)斷時期內(nèi)，由于線圈儲能比較有限，導(dǎo)致再次開通之前電流已經(jīng)降為零，如圖1(b)所示，出現(xiàn)了一段“死區(qū)時間”，則對應(yīng)的工作狀態(tài)稱為“非連續(xù)導(dǎo)通模式”（DCM）。死區(qū)時間有長有短，而如果將電路設(shè)置成這樣的工作狀態(tài)，就是當在關(guān)斷期間，電流一降到零，系統(tǒng)立即開啟，則對應(yīng)的死區(qū)時間為零，對應(yīng)的這種工作狀態(tài)稱為“臨界導(dǎo)通模式”。
 

　　目前總共有三種方法使電路進入臨界狀態(tài)：

　　確定出臨界狀態(tài)對應(yīng)的電感值LC，但是當電感值LC確定后，在不同負載情況下，系統(tǒng)卻可能進入CCM模式，也可能進入DCM模式；
　　已知的某一個給定電感L情況下，通過確定負載的大小，使電路進入不同的模式；
　　將上述的電感和電阻等關(guān)鍵元器件的值都固定下來，通過開關(guān)頻率的調(diào)整，使電路進入臨界模式。

　　臨界模式控制器的設(shè)計

　　圖2所示FLYBACK拓撲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器，通過對它的計算分析來進行進一步的解釋。
 

　　為了簡化分析，先進行如下假設(shè)：

　　假設(shè)1：每周期內(nèi)電感平均電壓降為0；

　　假設(shè)2：根據(jù)圖1(b)所示，當L=LC的時候，IL(平均)=1/2IP

　　假設(shè)3：電源功率具有100%的轉(zhuǎn)換效率，即Pin=Pout

　　采用上面假設(shè)1，可以確定出在CCM模式下的直流電壓轉(zhuǎn)換率，根據(jù)圖2(b)可以得到下列關(guān)系式：

　　根據(jù)圖1(b)可以看出，對應(yīng)于臨界模式，意味著在導(dǎo)通狀態(tài)中，對線圈中存儲的能量會在下個周期開始的時候正好降為零，根據(jù)此判斷，可得：

　　根據(jù)假設(shè)2，對上式積分可得：

　　通過聯(lián)立上述方程，可確定出對應(yīng)臨界狀態(tài)的關(guān)鍵元器件的大?。?/p>

　　以上確定了FLYBACK拓撲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器臨界模式對應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù)值，也可以確定出，在保證電源穩(wěn)定和可靠的前提下，DCM模式和CCM模式對應(yīng)的極點和零點也能夠確定出來。表1給出了不同操作模式下極點和零點的位置及對應(yīng)的FLYBACK電壓增益。 

　　表1中FSW為開關(guān)頻率，VSAW對應(yīng)PWM控制信號鋸齒波的幅度，LP為初級線圈電感。

　　根據(jù)表1，采用功率分析軟件Power 4-5-6進行模擬，對于100kHz頻率、電壓模式PWM控制器進行模擬分析，所得結(jié)果如圖3所示，其中圖3(a)所示為DCM模式下的高頻極點，圖3(b)所示為CCM模式下的高頻極點模擬結(jié)果。
 

　　從圖3可以看出，DCM模式下，需要雙極點單零點的補償網(wǎng)絡(luò)，而CCM模式則需要雙極點雙零點的補償網(wǎng)絡(luò)，當在DCM模式下的極點和零點固定的情況下，CCM的二級極點將會對應(yīng)于控制信號的占空比而發(fā)生變化。